(57)【要約】照射光学系(148)、ディフューザー(154)、および投影光学系(156)を含むスペックルを低減するための装置(142)である。照射光学系はレーザー光(172)をディフューザー(154)へ接続し、ディフューザーは第一の結像面(162)に配置される。ディフューザー(154)は、レーザー光をフェーズ・セルに分割し、フェーズ・セルをセル・パーテーションに細分化する。また、ディフューザー(154)は、時間的なフェーズの変化(155, 157)をセル・パーテーションに適用する。投影光学系(156)は、第一の結像面にある画像を拡散面(158)の上へ投影する。ディスプレイ装置においては、スペックル低減のための装置に光変調器(150)が加えられ、この光変調器はレーザー源(146)とディフューザー(154)の間にある第三の結像面の位置に配置される。ディフューザー(154)には、第一と第二のディフューザー・セルが含まれ、第一と第二のディフューザー・セルの各々は、第一と第二のセル・パーテーションを含む。使用に際して、第一のセル・パーテーションはゼロからなる第一の相対フェーズを含み、第二のセル・パーテーションはπラジアンからなる第二の相対フェーズを含む。第一のディフューザー・セルの第一と第二のセル・パーテーションは、好ましくは第一のハダマード行列のパターンに配列される。第二のディフューザー・セルの第一と第二のセル・パーテーションは、好ましくは第二のハダマード行列のパターンに配列される。スペックルを低減する方法は、レーザー照射領域をフェーズ・セルに分割し、フェーズ・セルをパーテーションに細分化する。そして、レーザー照射領域を観察している強度検出器の積分時間以内に、時間的なフェーズの変化をセル・パーテーションに適用する。
2004534265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペックルを低減する方法であって、
a.  レーザー照射領域をフェーズ・セルに分割するステップと、
b.  当該フェーズ・セルを多数のセル・パーテーションに細分化するステップと、
c.  当該レーザー照射領域を見ている強度検出器の積分時間内において、時間的なフェーズの変化を、当該セル・パーテーションに適用するステップと、
から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項1に記載の方法であって、前記フェーズ・セルの各々が4個のセル・パーテーションを備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項2に記載の方法であって、前記フェーズ・セルをセル・パーテーションに細分化するステップが、第一、第二、および第三のセル・パーテーションにはゼロである第一の相対フェーズを適用し、第四のセル・パーテーションにはπラジアンである第二の相対フェーズを適用するものであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項3に記載の方法であって、前記時間的なフェーズの変化をセル・パーテーションに適用するステップが、第三と第四のセル・パーテーション間、第二と第三のセル・パーテーション間、および第一と第二のセル・パーテーション間の第一と第二の相対フェーズをサイクリックに変化させるものであることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項1に記載の方法であって、前記フェーズ・セルの各々が、4個のセル・パーテーションの整数倍の平方から成ることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項1に記載の方法であって、前記フェーズ・セルをセル・パーテーションに細分化するステップが、セル・パーテーションを第一のハダマード行列パターンに配列させるものであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項6に記載の方法であって、前記第一のハダマード行列パターンが第一と第二のセル・パーテーションを備え、第一と第二のセル・パーテーションが、レーザー照射領域に対してそれぞれゼロとπラジアンである第一と第二の相対フェーズの変化を適用することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項7に記載の方法であって、前記時間的なフェーズの変化を適用するステップが、セル・パーテーションを第二のハダマード行列パターンに配列させるものであることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項8に記載の方法であって、前記第一と第二のハダマード行列パターンが、第一と第二のハダマード行列に対応し、更に第一と第二のハダマード行列が無相関の条件を満たすことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項9に記載の方法であって、前記時間的なフェーズの変化を適用するステップが、第一、第二、そして追加のハダマード行列が最適な無相関のセットを形成するように、追加のハダマード行列に対応する追加のハダマード行列パターンにセル・パーテーションを配列するステップを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項10に記載の方法であって、前記第一、第二、そして追加のハダマード行列の最適な無相関のセットが、n次の最適な無相関のセットを作り出す方法によって決定され、当該n次の最適な無相関のセットを作り出す方法が、
a.  n次のシルベスター表示したn次のハダマード行列を作り出すステップと、
b.  行インデックスによって行を数えるステップと、
c.  n次の行の置換参照用テーブルを作り出すステップと、
d.  n個のハダマード行列を作り出すために、当該n次の行の置換参照用テーブルを使用してn次のハダマード行列の行を置換するステップと、
e.  n2個のハダマード行列を作り出すために、サイクリックな方法によってn個のハダマード行列の列を置換するステップと、
から成ることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項1に記載の方法であって、前記強度検出器がレーザー照射領域を分解スポットに分解し、更に当該分解スポットが少なくともほぼフェーズ・セルと同じサイズを有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項1に記載の方法であって、レーザー照射領域を観察する前記強度検出器がセル・パーテーションの数の2乗根に近いスペックル・リダクションを検出することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項13に記載の方法であって、セル・パーテーションの数の2乗根に近いスペックル・リダクションを計測することによって、同時に使用される他の相関のあるスペックル・リダクション方法を説明することができることを特徴とする方法。
【請求項１５】
ディスプレイ・スクリーン上に2次元画像をディスプレイするための装置であって、
a.  ピクセルのアレイを形成するために、作動中にレーザー光が光変調器を照射し、更に作動中に光変調器がレーザー光を変調するように配置された光変調器と、
b.  当該光変調器に光学的に接続され、作動中に第一の光学系配列が第一の結像面にピクセルのアレイを結像するように配置された第一の光学系配列と、
c.  作動中にディフューザーが当該ピクセルのアレイの各ピクセルを多数のサブ・ピクセルに分割し、時間的なフェーズの変化を各ピクセルの当該サブ・ピクセルに適用するように、ほぼ第一の結像面に配置されたディフューザーと、
ｄ.  当該ディフューザーに光学的に接続された第二の光学系配列であって、作動中に第二の光学系配列が2次元画像を作り出すために、ピクセルのアレイをディスプレイ・スクリーン上に投影するように配置された第二の光学系配列と、
から成ることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項15に記載の装置であって、前記ピクセルのアレイがピクセルの2次元的アレイから成ることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項15に記載の装置であって、前記ピクセルのアレイがピクセルの線状アレイから成ることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項17に記載の装置であって、前記光変調器が回折光変調器から成ることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項18に記載の装置であって、前記回折光変調器がグレイティング・ライト・バルブから成ることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項17に記載の装置であって、前記第二の光学系配列が2次元の画像を作り出すために、投影レンズが前記ピクセルの線状アレイをディスプレイ・スクリーン上に投影し、更にスキャンニング装置が前記ピクセルの線状アレイをディスプレイ・スクリーン全体にわたってスキャンするようにした投影レンズとスキャンニング装置から成ることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項15に記載の装置であって、前記ディフューザーがディフューザー・フェーズ・セルから成り、更に当該ディフューザー・フェーズ・セルがセル・パーテーションから成ることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項21に記載の装置であって、前記ディフューザー・セル・パーテーションがそれぞれゼロとπラジアンからなる第一と第二の相対フェーズの変化を生じさせることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項21に記載の装置であって、各ディフューザー・フェーズ・セルの前記セル・パーテーションが、セル・パーテーションの平方行列から成り、当該平方行列が、第一の行列の要素がゼロからなる第一の相対フェーズを適用し、第二の行列の要素がπラジアンからなる第二の相対フェーズを適用するハダマード行列から成ることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項15に記載の装置であって、前記ピクセルのアレイが一つのピクセルから成り、更にラスター・スキャンが一つのピクセルからディスプレイ・スクリーン上に2次元画像を形成することを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項15に記載の装置であって、前記ディフューザーが2次元画像内に観察されるスペックルを低減するものであることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項25に記載の装置であって、前記ディフューザーが前記サブ・ピクセルの数の2乗根に近いスペックル・リダクションによってスペックルを低減するものであることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項26に記載の装置であって、スペックル・リダクションの計測が、同時に使用されている他の相関するスペックル・リダクション方法を説明するものであることを特徴とする装置。
【請求項２８】
強度検出器がレーザー照射領域を見たときに、強度検出器によって観察されるスペックルを低減するための装置であって、
a.  レーザー光に光学的に接続されたディフューザーであって、当該ディフューザーが強度検出器によって観察される分解スポットを多数のサブの分解スポットに分割し、当該サブの分解スポットの数が少なくとも4個から成るディフューザーと、
b.  時間的なフェーズの変化を各分解スポットの当該サブの分解スポットへ適用するための手段と、
から成ることを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項28に記載の装置であって、前記強度検出器が前記サブの分解スポットの数の2乗根に近いスペックル・リダクションを検出するものであることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項29に記載の装置であって、スペックル・リダクションの計測が、同時に使用されている他の相関するスペックル・リダクション方法を説明するものであることを特徴とする装置。
【請求項３１】
強度検出器がレーザー照射領域を観察したときに、強度検出器によって観察されるスペックルを低減するための装置であって、
a.  強度検出器によって観察される分解スポットを多数のサブの分解スポットへ分解するための手段であって、当該サブの分解スポットの数が少なくとも4個から成る手段と、
b.  時間的なフェーズの変化を強度検出器によって観察される当該サブの分解スポットへ適用するための手段と、
から成ることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項31に記載の装置であって、前記強度検出器が前記サブの分解スポットの数の2乗根に近いスペックル・リダクションを検出するものであることを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項32に記載の装置であって、スペックル・リダクションの計測が、同時に使用されている他の相関するスペックル・リダクション方法を説明するものであることを特徴とする装置。
【請求項３４】
強度検出器によって観察される面を照射するレーザー光によって作り出されるスペックルを低減するためのディフューザーであって、
a.  第一のディフューザー・セルが、それぞれゼロとπラジアンからなる第一と第二の相対フェーズを生じさせるために配置された第一と第二のセル・パーテーションから成り、当該第一と第二のセル・パーテーションが少なくとも2次の行列を持つ第一のハダマード行列に一致した第一のハダマード行列パターンで配列されている第一のディフューザー・セルと、
b.  第二のディフューザー・セルが第一と第二のセル・パーテーションから成り、当該第一と第二のセル・パーテーションが第二のハダマード行列パターンで配列されており、当該第二のハダマード行列パターンが第一と第二のハダマード行列が無相関の条件を満たす行列次数を有する第二のハダマード行列に一致する第二のディフューザー・セルと、
から成ることを特徴とするディフューザー。
【請求項３５】
請求項34に記載のディフューザーであって、第一と第二のセル・パーテーションから成る第三のディフューザー・セルを更に備え、当該第一と第二のセル・パーテーションが第三のハダマード行列パターンで配列され、当該第三のハダマード行列パターンが第一、第二、および第三のハダマード行列が無相関の条件を満たす行列次数を有する第三のハダマード行列に一致することを特徴とするディフューザー。
【請求項３６】
請求項35に記載のディフューザーであって、第一と第二のセル・パーテーションから成る第四のディフューザー・セルを更に備え、当該第一と第二のセル・パーテーションが第四のハダマード行列パターンで配列されており、当該第四のハダマード行列パターンが第一、第二、第三、および第四のハダマード行列が無相関の条件を満たす行列次数を有する第四のハダマード行列に一致することを特徴とするディフューザー。
【請求項３７】
請求項34に記載のディフューザーであって、当該ディフューザーが透過型のディフューザーからなることを特徴とするディフューザー。
【請求項３８】
請求項34に記載のディフューザーであって、当該ディフューザーが反射型のディフューザーからなることを特徴とするディフューザー。
【請求項３９】
請求項34に記載のディフューザーであって、当該ディフューザーが電気光学式のディフューザーからなることを特徴とするディフューザー。
【請求項４０】
強度検出器によって観察される面を照射するレーザー光によって作り出されるスペックルを低減するためのディフューザーであって、
a.  第一のディフューザー・セルが第一から第四までのセル・パーテーションから成り、第一、第二および第三のセル・パーテーションは、ゼロからなる第一の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置され、第四のセル・パーテーションは、πラジアンからなる第二の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置されている第一のディフューザー・セルと、
b.  第二のディフューザー・セルが第一から第四までのセル・パーテーションから成り、第一、第二および第四のセル・パーテーションは、第一の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置され、第三のセル・パーテーションは、第二の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置されている第二のディフューザー・セルと、
c.  第三のディフューザー・セルが第一から第四までのセル・パーテーションから成り、第一、第三および第四のセル・パーテーションは、第一の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置され、第二のセル・パーテーションは、第二の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置されている第三のディフューザー・セルと、
d.  第四のディフューザー・セルが第一から第四までのセル・パーテーションから成り、第二、第三および第四のセル・パーテーションは、第一の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置され、第一のセル・パーテーションは、第二の相対フェーズを表面を照射するレーザー光に適用するために配置されている第四のディフューザー・セルと、
から成ることを特徴とするディフューザー。
【請求項４１】
請求項40に記載のディフューザーであって、前記第一から第四までのディフューザー・セルが、第一から第四までのセル・パーテーションの第一から第四までのハダマード行列パターンから成り、更に当該第一から第四までのハダマード行列パターンが無相関の条件を満足する第一から第四までのハダマード行列に対応することを特徴とするディフューザー。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願はU.S.C §119(e)に基づき、同時に係属する米国仮出願番号60/301,053 (出願日:2001年6月25日  タイトル:最適なレーザー・スペックルの低減のためのハダマード・フェーズ・パターン)を基に優先権を主張する。また仮出願番号60/301,053 (出願日:2001年6月25日  タイトル:最適なレーザー・スペックルの低減のためのハダマード・フェーズ・パターン)は、これを参照することにより本出願に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本発明はレーザー光の分野に関連する。更に詳細には、本発明はレーザー光によって照射された表面を強度検出器が観察する際に、強度検出器によって観察されるスペックルを低減することが必要なレーザー光の技術の分野に関連する。
【背景技術】
【０００３】
人間の目の分解能は有限である。目が対象物を見るとき、目は対象物を分解スポットとして定量化する。そしてその各分解スポットは目の点としての広がりを持った機能を発揮する。例えば、もし人がある面から約3メータ離れて立てば、目はその面を分解スポットに分解し、各分解スポットは約1mm程度の直径を持つことになる。
【０００４】
図1は拡散面14を見ている目12を示したものである。レーザー光16は拡散面14を照射する。特定の分解スポット18は、目の網膜上に結像される。分解スポット18より小さい拡散面14の特徴は、目12によって分解できるものではない。拡散面14には、その分解スポット18の中に多くの散乱点が存在する。
【０００５】
散乱点は分解スポット18を照射するレーザー光16を散乱させる。レーザー光16はコヒーレントな光なので、散乱点は目の中に干渉を生じさせる。この干渉はブライト・スポットからダーク・スポットに至る、明るさの尺度で表すことができる分解スポットを目に知覚させることになる。各散乱点は、光波源を形成する。その光波は光を強めあう干渉を生じさせたり、部分的に光を強めあう干渉を生じさせたり、または部分的に光を弱めあう干渉を生じさせたり、あるいは光を弱めあう干渉を生じさせる。もし、光波が光を強めあう干渉を生じさせるならば、その分解スポット18はブライト・スポットとなる。もし、光波が部分的に光を強めあう干渉を生じさせ、あるいは部分的には光を弱めあう干渉を生じさせる場合には、分解スポット18は中間的な明るさとなる。もし、光波が光を弱めあう干渉を生じさせるときには、分解スポット18はダーク・スポットとなる。
【０００６】
従って、目12は拡散面14を、ブライト・スポット、中間的な明るさを持ったスポット、そしてダーク・スポットからなる不規則なパターンの分解スポットの中に結像することになる。これがスペックルと言われるものである。更に一般的には、強度検出器を使用する光学システムもまたスペックルを検出する。当該技術の分野に精通したものであれば、目12は、網膜が強度検出器として機能する生物学的な光学システムであるということを理解することができる。カメラは一種の強度検出器を使用しており、典型的には、これは従来のカメラであればフィルムであり、あるいはデジタル・カメラでは荷電結合素子である。従って、拡散面14の写真にはこのスペックルが写ることになる。図２はブライト・スポット、中間的な明るさを持ったスポット、そしてダーク・スポットからなる粒状のパターンを持ったスペックルの写真を示したものである。
【０００７】
スペックルはコントラスト(C)として計測される。パーセント表示されるコントラストは、Ｃ＝１００＊ＩRMS／Ｉで与えられ、ここでＩは平均強度であり、ＩRMSは平均強度の変動について平均平方根(root mean square)をとったものである。
【０００８】
グッドマン(Goodman)は、著書 “Some fundamental properties of speckle”(J. Opt. Soc. A., Vol. 66, No. 11, Nov. 1976, pp1145-1150)において、スペックルは、相関関係のないN個のスペックル・パターンを重ね合わせることにより低減することができることを述べている。これは、√Ｎのスペックル・リダクション・ファクタによってコントラストを低減するものであり、相関関係のないN個のスペックル・パターンは、等しい平均強度とコントラストを有する。もし、相関関係のないN個のスペックル・パターンが、等しくない平均強度と等しくないコントラストを有する場合には、スペックル・リダクション・ファクタは√Ｎよりも小さくなる。従って、√Ｎのスペックル・リダクション・ファクタは、相関関係のないN個のスペックル・パターンに対して、スペックルを低減するために最適な状態となる。グッドマンは更に相関関係のないスペックル・パターンは時間、空間、周波数、および極性化によって得ることができることを述べている。
【０００９】
先行技術として示されているスペックル低減方法は、振動によって写し出されるスクリーンを動かし、それによって多数のスペックル・パターンを作り出すものであった。そして、それはグッドマンが述べているように時間平均を使用するものである。振動は、一般的には、光軸が小さな円または楕円を描く。
【００１０】
このことは写し出されるスクリーンを見ている目12に対してスペックル・パターンを相対的にシフトさせ、その結果、ある時間にわたって多数のスペックル・パターンが形成されることになる。特定の瞬間におけるスペックルの量は変化しないが、振動している動きの速度がしきい値を超えると、目12はスペックルが低減したものと知覚する。別の言い方をすれば、目12の積分時間が、振動している動きによって相関関係のないスペックル・パターンを作り出すのに十分に長い場合には、目12はスペックルが低減したと認識する。レーザー光によるディスプレイ・システムに係る技術分野では、レーザー光による画像システムには、レーザー・スペックルを低減するためにアクティブ・ディフューザーを加えることが知られている。アクティブ・ディフューザーは、画像面との中間位置に配置されるか、あるいは中間位置に近い位置に配置される。ディスプレイ・スクリーン上で位相をシフトさせるために、アクティブ・ディフューザーは、画像面との中間位置に置かれ、ディスプレイ・システムの光軸に対して回転またはトロイダル状の動きをする。ある時間にわたって位相をシフトさせることによって、すなわちグッドマンが言う時間平均を使用することにより、相関関係のないスペックル・パターンが作りだされる。
【００１１】
ワング(Wang)等は、著書“Speckle reduction in laser projection systems by diffractive optical elements”(Applied Optics, Vol. 37, No. 10, Apr. 1998, pp 1770-1775)において、レーザー・テレビジョン・システムのようなレーザー・プロジェクション・システムにおけるレーザー・スペックルの低減方法について述べている。レーザー・プロジェクション・システムでは、レーザー・スポットがラスター(走査線)のスキャンによってディスプレイ・スクリーン上に画像を形成する。これは、CRT(カソード・レイ・チューブ)ディスプレイにおいて電子ビームが画像を形成するのと類似するものである。ワング等が言う方法は、レーザー・ビームを広げ、多数の小ビームを形成するために広げられたレーザー・ビーム内に光学回折エレメントを配置し、更にレーザー・スポットを形成するためにディスプレイ・スクリーン上に小レーザー・ビームの焦点を合わせることによって実現される。多数の小ビームは、ディスプレイ・スクリーン上に各ピクセルが形成されたときに、わずかにシフトする。これによって時間変化するスペックル・パターンが生じ、その結果スペックルの低減が起こる。ワング等は、スペックルの低減を多少改善するために光学回折エレメントを回転することもできると述べている。
【００１２】
ブルーム等は、米国特許No. 5,982,553(発行日：1999年11月9日)( これを参照することにより本出願に組み入れられるものであるが)において、グレィティング・ライト・バルブ（grating light valve）、赤、緑、および青色レーザー、種々のレンズ配列、スキャン用のミラー、ディスプレイ・スクリーン、そして電子機器からなるディスプレイ・システムを開示している。電子機器は、ディスプレイ・スクリーン上に二次元画像を形成するためにグレィティング・ライト・バルブ、レーザー、そしてスキャン用のミラーを制御する。ブルーン等が開示しているディスプレイ・システムにおいては、グレィティング・ライト・バルブはディスプレイ・スクリーン上のピクセルの線状アレイからなる線状の画像を形成する。グレィティング・ライト・バルブが二次元画像を形成するピクセルの線状アレイを変調しつつ、スキャン用のミラーが線状の画像に対して垂直な方向にディスプレイ・スクリーンを横切りながら線状の画像を繰り返しスキャンする。
【００１３】
ブルーン等が言う二次元画像はレーザー光によって形成されるので、二次元画像にはレーザー・スペックルが表れ、画像の品質を劣化させる。従って、レーザー・スペックルを低減することによって画像の品質を向上させることが望まれている。すなわち、重要なことは、二次元画像がディスプレイ・スクリーン上に形成されるレーザー光・ディスプレイ・システムにおいてレーザー・スペックルを低減する方法を提供することである。また、拡散面にレーザー光が当てられる光学システムにおいて、レーザー・スペックルを低減する方法を提供することである。
【発明の開示】
【００１４】
発明の概要
本発明は、スペックルを低減する方法、スペックルを低減するための装置、低減されたスペックルを特徴とするディスプレイ装置、およびスペックルを低減するためのディフューザーに係るものである。本発明の方法には、レーザー照射領域をフェーズ・セルに分割すること、フェーズ・セルを多数のセル・パーテーションに細分化すること、そしてレーザー照射領域を観察する強度検出器の積分時間内に、時間的なフェーズの変化をセル・パーテーションに適用することが含まれる。もし、時間的なフェーズの変化を適切に適用することができれば、強度検出器はセル・パーテーションの数の2乗根に一致する最適な低減したスペックルを検出することになる。
【００１５】
強度検出器が最適な低減したスペックルを検出するためには、強度検出器はレーザー照射領域を、フェーズ・セルのサイズよりも大きいかまたはほぼ等しいサイズの分解スポットに分解しなければならない。言い換えれば、強度検出器が最適な低減したスペックルを検出するためには、強度検出器が分解スポットをフェーズ・セルのサイズに一致する分解スポット・サイズにまで分解できるような距離にまで近づけて強度検出器を置いてはならない。もし、分解スポットをフェーズ・セルのサイズよりも小さいサイズにまで分解できるような距離より、更に近い位置に強度検出器を置くと、強度検出器はスペックルの低減を検出することができるが、しかしそれは最適に低減されたスペックルではない。
【００１６】
スペックルを低減するための装置には、照射光学系、ディフューザー、および投影光学系が含まれる。照射光学系はレーザー光をディフューザーに接続させるものであり、第一の結像面に配置される。ディフューザーはレーザー光をフェーズ・セルに分割し、フェーズ・セルを更にセル・パーテーションに細分化する。また、ディフューザーは時間的なフェーズの変化をセル・パーテーションに適用する。投影光学系は、第一の結像面上の画像を拡散面上に投影し、その結果、拡散面上にフェーズ・セルとセル・パーテーションを結像することになる。拡散面を観察している強度検出器の積分時間内に時間的なフェーズの変化を適用することによって、強度検出器は低減されたスペックルを検出することになる。
【００１７】
本発明のディスプレイ装置には、スペックルを低減する装置が組み込まれている。ディスプレイ装置は、ディフューザーの位置においてピクセルを構成するレーザー光ディスプレイ画像を作り出し、投影光学系はディスプレイ・スクリーン表面上にレーザー光ディスプレイ画像を投影する。ディフューザーはピクセルをサブ・ピクセルに分割し、このサブ・ピクセルに時間的なフェーズの変化を適用し、これによってディスプレイ・スクリーン表面上のレーザー光ディスプレイ画像におけるスペックルを低減する。
【００１８】
本発明のディフューザーには、第一と第二のディフューザー・セルが含まれる。第一と第二のディフューザー・セルの各々は、第一と第二のディフューザー・セル・パーテーションを含む。使用に際し、第一のディフューザー・セル・パーテーションはゼロである第一の相対フェーズを作り出し、第二のディフューザー・セル・パーテーションはπラジアンである第二の相対フェーズを作り出す。第一のディフューザー・セルの第一と第二のディフューザー・セル・パーテーションは、好ましくは第一のハダマード行列パターンで配列される。第二のディフューザー・セルの第一と第二のディフューザー・セル・パーテーションは、第二のハダマード行列パターンで配列される。第一と第二のハダマード行列パターンは、無相関の条件を満足する第一と第二のハダマード行列に一致する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好適な実施例は、本発明に係るディフューザーを使用したディスプレイ・システムである。ディスプレイ装置と好適なディフューザーについて説明する前に、本発明の基本原理を説明するために本発明の第一の他の実施例について説明する。
【００２０】
本発明の第一の他の実施例を図3に示す。第一の他の実施例20はレーザー源21、発散レンズ22、視準レンズ23、第一の他のディフューザー24、第一の電子機器26、および投影レンズ27から成る。第一の電子機器26は、第一の他のディフューザー24に電気的に接続されている。レーザー源21は、発散レンズ22と視準レンズ23を経由して第一の他のディフューザー24に光学的に接続されている。レーザー源21は、レーザー照射領域32を作り出すために、レーザー光28を放射し、このレーザー光は発散レンズ22によって広げられ、視準レンズ23によって視準化(光線群を平行にすること)され、第一の他のディフューザー24の位置で結像され、そして拡散面30の上へ投影される。従って、第一の他のディフューザー24の位置に第一の結像面があり、拡散面30の位置に第二の結像面がある。レーザー照射領域32は人間の目で見ることができるものである。更に、そして一般的には、レーザー照射領域32は強度検出器を有する光学システムによって観察される。
【００２１】
第一の他のディフューザー24の面を作り出すフェーズは、レーザー照射領域32をフェーズ・セルに分割し、そしてそのフェーズ・セルを多数のセル・パーテーションに細分化する。第一の電子機器は、目34の積分時間内にセル・パーテーションに対して時間的なフェーズの変化を適用する機能を有する第一の他のディフューザー24を駆動する。時間的なフェーズの変化は、目34で見えるスペックルを低減する。目34はレーザー照射領域32を分解スポットへ分解する。フェーズ・セルのサイズは分解スポットのサイズよりも小さいことが望ましい。そして、フェーズ・セルのサイズが分解スポットのサイズよりも大きいと、スペックルの低減効果が小さくなる。
【００２２】
時間的なフェーズの変化は、各フェーズ・セルのセル・パーテーションの数に一致する数の時間ステップから成ることが望ましい。従って、もし各フェーズ・セルに4つのセル・パーテーションがあるときは、時間的なフェーズの変化は、4つ以上の時間ステップをとることが望ましい。そして、時間ステップの数がセル・パーテーションの数より少ない場合には、スペックルの低減効果は小さくなる。時間ステップはほぼ等しい間隔であることが望ましい。そしてまた、時間ステップが等しい間隔でない場合には、スペックルの低減効果は小さくなる。
【００２３】
各フェーズ・セルのセル・パーテーションの数は、第一および第二のセル・パーテーションからなることが望ましく、それぞれゼロとπラジアンの相対フェーズを有していることが望ましい。第一の時間ステップでは、特定のフェーズ・セルの第一と第二のセル・パーテーションは第一のフェーズ・セル・パターンから成る。第一の時間ステップの終わりには、特定のフェーズ・セルの第一と第二のセル・パーテーションは無相関の条件を満たす第二のフェーズ・セル・パターンを作り出すために部分的に再配列される。第二の時間ステップでは、第一と第二のセル・パーテーションは、第二のフェーズ・セル・パターンから成る。
【００２４】
このことは後に続く時間ステップでも続けられる。この後に続く時間ステップでは、特定のフェーズ・セルの第一と第二のセル・パーテーションはその後に続くフェーズ・セル・パターンから成る。
【００２５】
その後に続く時間ステップの間では、特定のフェーズ・セルの第一と第二のセル・パーテーションは、無相関の条件を満たす次のフェーズ・セル・パターンを作り出すために部分的に再配列される。結局、第一と第二のセル・パーテーションは、第一のフェーズ・セル・パターンに再配列され、時間的なフェーズの変化は、第一、第二、そしてそれに続く時間ステップを通じて続行する。
【００２６】
特定のフェーズ・セルのセル・パーテーションの時間的なフェーズの変化は、各時間ステップの間のセル・パーテーションを再配列することにより、特定のフェーズ・セル内に空間的なフェーズの変化を引き起こす。言い換えれば、時間的なフェーズの変化は、時間ステップの数に一致するいくつものフェーズ・セル・パターンにおいて、第一と第二のセル・パーテーションを配列することである。更に、各フェーズ・セル・パターンは残りのフェーズ・セル・パターンによって作り出されるスペックル・パターンとは無相関のスペックル・パターンを作り出す。これによって、フェーズ・セル・パターンの数に一致したいくつもの無相関のスペックル・パターンが作り出される。その結果、ほぼ同じ間隔の時間ステップにおいては、フェーズ・セル・パターンの数がフェーズ・セル・パターンの数の2乗根からなるスペックル・リダクション・ファクタによってスペックルが低減される。
【００２７】
時間ステップの数が、セル・パーテーションの数に一致するとき、フェーズ・セル・パターンの数もまたセル・パーテーションの数に一致する。このような状況において、フェーズ・セル・パターンの数は最適な無相関のセットと呼ばれる。更にこのような状況においては、この数の無相関のスペックル・パターンは、最適なスペックルの低減を生じさせる。これは、セル・パーテーションの数に分割された特定のフェーズ・セルにとって、時間ステップの数の2乗根によってスペックルを低減するために、セル・パーテーションの数に一致する時間ステップの数しか必要ないからである。従って、最適なスペックルの低減は、最小の時間ステップの数において実現され、それが最適となる。なぜなら、それは最小の時間ステップの数で実現されるからである。
【００２８】
本発明に係る第一の他のディフューザー24を図4Aに示す。第一の他のディフューザー24は、表面36を作り出すフェーズとディフューザーの動きの結合により、時間的なフェーズの変化を作り出すことができる光学的に透明な材料から作られていることが望ましい。あるいは、第一の他のディフューザー24は、本発明の第二の他のディフューザーで置き替えることができる。この第二の他のディフューザーは、表面を作り出す別のフェーズとディフューザーの動きの結合により、時間的なフェーズの変化を作り出すことができる反射材料から作られている。またあるいは、第一の他のディフューザー24は、液晶変調器のように、電子光学的に時間的なフェーズの変化を作り出す電子光学装置からなる本発明の第三の他のディフューザーで置き替えることもできる。
【００２９】
第一の他のディフューザー24の場合、ディフューザーの動きは、第一の動きから第四の動き40-43によって構成されていることが望ましく、合計の露出時間を作り出すためにこれらの動きは連続的に適用される。第一の動きから第四の動き40-43は露出時間後に起こる次の各ステップと一緒に、ステップ状に適用することが望ましい。あるいは、第一の動きから第四の動き40-43は露出時間全体にわたって起きる連続的な動きと一緒に、連続的な動きとして適用してもよい。露出時間の合計は、目34の積分時間にほぼ該当する(ほぼ50msec)。あるいは、典型的な積分時間は合計露出時間の整数倍としてもよい。またあるいは、露出時間の合計は、典型的な積分時間よりも小さくてもよい。
【００３０】
第一の他のディフューザー24の一部分を図4Bに示してある。第一の他のディフューザー24は第一から第四までのディフューザー・フェーズ・セル44-47から成り、これはレーザー照射領域32の第一から第四までのフェーズ・セルに一致する。第一から第四までのディフューザー・フェーズ・セル44-47は表面36を作る第一のフェーズを作るために複製される。第一から第四までの各ディフューザー・フェーズ・セル44-47は、表面36を作り出すフェーズの正方形の領域から成ることが望ましく、この表面36はディフューザー・フェーズ・セルの幅48を有する。第一の動きから第四の動き40-43における動きの変位量はディフューザー・フェーズ・セルの幅48に一致することが望ましい。表面36を作る第一のフェーズは第一から第四までのディフューザー・フェーズ・セル44-47の2次元的な配列からなることが望ましい。第一から第四までのディフューザー・フェーズ・セル44-47の各々は第一の平面50と第二の平面52から成る。第一の平面と第二の平面の間の高さの差hは、πラジアンの相対フェーズを作り出す光学距離の差を構成する。この高さの差は h=λ/[2(n-1)]で与えられ、ここでλは光の波長であり、nは第一の他のディフューザー24の光学的に透過性の材料の屈折率である。
【００３１】
第一から第四までのディフューザー・フェーズ・セル44-47は、第一から第四までのディフューザー・セル・パーテーションから成る。第一から第四までのディフューザー・セル・パーテーションは第一から第四までのハダマード行列(Hadamard matrices)によって数学的に記述される。本発明の第一から第四までのハダマード行列を数学的に記述したものを図5A-5Dにそれぞれ示す。第一から第四までのハダマード行列44A-47Aは、2次のハダマード行列であり、本発明の2次の最適な無相関のセットを構成するものである。
【００３２】
n次のハダマード行列(Hn)、これはハダマード行列を発見したジャックス-サロモン・ハダマード(1865-1963)のために名づけられたものであるが、はマトリックス要素として(1)と(-1)とから成る正方マトリックスであり、ハダマード行列の逆マトリックス(HnT)を乗じることによりn次のアイデンティティー・マトリックス(In) のn倍が得られる。
【００３３】
【数１】
2004534265.tif 000003
n次のハダマード行列のnとしては1, 4, および4の整数倍のものが存在する。n次のハダマード行列(Hn)はn2のマトリックス要素を持つ。例えば、2次のハダマード行列は4個のマトリックス要素を持つ。
【００３４】
第一から第四までのハダマード行列44A-47Aの各々は、第一から第四までのマトリックス要素を持つ2次のマトリックスを構成する。第一のハダマード行列44Aの第一から第三のマトリックス要素H11, H12,およびH21は1であり、第四のマトリックス要素H22は-1である。第一のハダマード行列44Aの第一から第三のマトリックス要素H11, H12, およびH21はゼロ・フェーズ・シフトに対応し、一方第四のマトリックス要素H22はπラジアン・フェーズ・シフトに対応することが望ましい。あるいは、第一から第三のマトリックス要素H11, H12, およびH21はπラジアン・フェーズ・シフトに対応し、一方第四のマトリックス要素H22はゼロ・フェーズ・シフトに対応してもよい。
【００３５】
第二のハダマード行列45Aは第一のハダマード行列44Aの第一行と第二行を入れ替えることにより作ることができる。第三のハダマード行列46Aは第一のハダマード行列44Aの第一列と第二列を入れ替えることにより作ることができる。第四のハダマード行列47Aは第二のハダマード行列45Aの第一列と第二列を入れ替えることにより作ることができる。
【００３６】
本発明に係る4つのセル・パーテーションに分割された特定のフェーズ・セルの振幅配分を図6に示す。目34(図示せず)によって検出される振幅配分58は、第一から第四までの振幅A11, A12, A21, およびA22から成る。目34は典型的な強度検出器であるので、目34は第一から第四までの振幅A11, A12, A21, およびA22を検出しない。むしろ、目34は振幅A11, A12, A21, およびA22の和の2乗によって与えられるオリジナルの強度Soを検出する。
【００３７】
【数２】
2004534265.tif 000004
項2A11A12, 2A11A21, 2A11A22, 2A12A21, 2A12A22, および2A21A22は、クロス項である。第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22によって、そして第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22のフェーズによって、クロス項は特定のフェーズ・セルを、ダーク・スポット、中間的な明るさのスポット、あるいはブライト・スポットにする結果、目34がスペックルを検出することになる。
【００３８】
第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22は、正確にはそれぞれ振幅と位相の組み合わせ
｜A11｜ｅｉΦ11， ｜A12｜ｅｉΦ12， ｜A21｜ｅｉΦ21，｜A22｜ｅｉΦ22として記述することができることは、当該技術の分野に精通したものであれば容易に理解できる。更に、オリジナルの強度Soのクロス項は、例えば、2A11A12が、正確にはA11*A12+A11A12*のように複素項によって記述することができることは当該技術の分野に精通したものであれば容易に理解できる。更に、ここでの議論の有効性を失うことなく議論を簡単にするために複素項を無視することができることも当該技術の分野に精通したものであれば容易に理解できる。
【００３９】
本発明に係る第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第一のハダマード行列44Aを適用する方法が、図7Aに図式的に示されている。第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第一のハダマード行列44Aを適用すると第一から第三の振幅A11, A12, A21の位相は維持されるが、第四の振幅A22の位相はπラジアンだけシフトされ、従って第四の振幅A22から負の第四の振幅-A22へ変わる。 このとき目34は次式のように第一の強度S1を検出する。
【００４０】
【数３】
2004534265.tif 000005
【００４１】
本発明に係る第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第二のハダマード行列45Aを適用する方法が、図7Bに図式的に示されている。第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第二のハダマード行列45Aを適用すると第一、第三、第四の振幅A11, A21, A22の位相は維持されるが、第二の振幅A12の位相はπラジアンだけシフトされ、従って第二の振幅A12から負の第二の振幅-A12へ変わる。 このとき目34は次式のように第二の強度S2を検出する。
【００４２】
【数４】
2004534265.tif 000006
【００４３】
本発明に係る第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第三のハダマード行列46Aを適用する方法が、図7Cに図式的に示されている。第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第三のハダマード行列46Aを適用すると第一、第二、第四の振幅A11, A12, A22の位相は維持されるが、第三の振幅A21の位相はπラジアンだけシフトされ、従って第三の振幅A21から負の第三の振幅-A21へ変わる。 このとき目34は次式のように第三の強度S3を検出する。
【００４４】
【数５】
2004534265.tif 000007
【００４５】
本発明に係る第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第四のハダマード行列47Aを適用する方法が、図7Dに図式的に示されている。第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22へ第四のハダマード行列47Aを適用すると第二から第四の振幅A12, A21, A22の位相は維持されるが、第一の振幅A11の位相はπラジアンだけシフトされ、従って第一の振幅A11から負の第一の振幅-A11へ変わる。 このとき目34は次式のように第四の強度S4を検出する。
【００４６】
【数６】
2004534265.tif 000008
【００４７】
目34の積分時間とほぼ等しい間に、第一から第四までのハダマード行列44A-47Aの2次の最適な無相関のセットを振幅配分58へ適用することによって、目34は、次式に示すように第一から第四までの強度S1-S4を平均化することにより、変化した強度S5を作り出す。
【００４８】
【数７】
2004534265.tif 000009
2004534265.tif 000010
【００４９】
目34の積分時間内に、フェーズ・セルの振幅分配58へ第一から第四までのハダマード行列44A-47Aを適用することによって、第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22の和の2乗であるオリジナルの強度Soは、第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22の各々の2乗の和である変化した強度S5になる。オリジナルの強度Soと変化した強度S5を比較することにより、第一から第四までのハダマード行列はクロス項2A11A12, 2A11A21, 2A11A22, 2A12A21, 2A12A22, および2A21A22をオリジナルの強度Soから除去したものであることが分かる。クロス項はブライト・スポットまたはダーク・スポットを作り出すものである。従って、クロス項を除去することはスペックルを減少させる中間の明るさのスポットを多く作り出すのに役立つ。
【００５０】
第一から第四までのハダマード行列44A-47Aの各々は、オリジナルの強度Soと変化した強度S5の間のクロス項を除去するような分配を作る。従って、4つのセル・パーテーションに分割された特定のフェーズ・セルの場合、無相関の条件が第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22に対する相対フェーズを部分的に再配置するようになる。そしてこれは、2乗項を低減することなくクロス項を低減させるものである。
【００５１】
更に一般化した無相関の公式化について以下に説明する。まず最初に整数個のセル・パーテーションに分割された一般化したフェーズ・セルについて考える。次に、第二のフェーズ・セル・パターンを形成するために、第一のフェーズ・セル・パターンの振幅の相対フェーズが、部分的に再配置された整数個のセル・パーテーションの第一と第二のフェーズ・セル・パターンについて考える。そのとき、もし、第一と第二のフェーズ・セル・パターンの各々が、各セル・パーテーションだけで得られる強度の低下が無く、結果として得られる強度のクロス項を低減するならば、第一と第二のフェーズ・セル・パターンが無相関の条件を満たす。
【００５２】
好ましくは、第一から第四までのハダマード行列44A-47Aを適用する時間周期は、積分時間である。あるいは、第一から第四までのハダマード行列44A-47Aは、積分時間がその時間周期の整数倍となる期間に適用することもできる。これらの場合、その時間周期は積分時間に等しくなり、あるいは積分時間はその時間周期の整数倍に等しくなり、理論的にはクロス項はキャンセルされる。このように、第一から第四までのハダマード行列44A-47Aは4つの無相関のスペックル・パターンを作り出すことができるので、第一から第四までのハダマード行列44A-47Aに対する理論的な最適スペックルの低減は√4=2となる。
【００５３】
あるいは、この代わりに多少効率は落ちるが、積分時間が時間周期の整数倍とならない時間周期を選択する方法もある。もし、積分時間が時間周期の整数倍とならないような時間周期を選択すると、時間周期が積分時間のオーダーの範囲内にあれば、クロス項は部分的にはキャンセルされる。
【００５４】
従って、本発明に係る第一の他の実施例20(図3参照)における第一の他のディフューザー24は、第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22の和の2乗から、第一から第四までの振幅A11, A12, A21, A22の各々の2乗の和まで中間にあって、目34によって検出されるスペックルを低減するのに役立つ。
【００５５】
目34の積分時間内に、第二の最適スペックル・リダクションnを作り出すことができるn次のハダマード行列のn次の無相関のセットを適用することによって、生じているスペックルを更に低減することができることは、当該技術の分野に精通したものであれば容易に理解できる。ここで、nはこのセットのエレメントであって、{4, 8, 12,…}から成る。
【００５６】
n次の最適無相関セットを作り出す方法は、図8にブロック・ダイアグラムとして示されている。ここで、nは{4, 8, 12,…}のセットから選択されたるものである。n次の最適無相関セットを作り出す方法60には、第一から第五までのステップ62、64、66、68、および70が含まれる。
【００５７】
第一のステップ62では、第一のn次のハダマード行列を作り出すために、シルベスター(Sylvester)表示を使用することが望ましい。シルベスター表示では、(1)に等しい第一の1次のハダマード行列から始まり、これは1次のシルベスター表示のハダマード行列 H(1)=(1)と呼ばれる。シルベスター表示では、n次のシルベスター表示ハダマード行列に到達するまで、これは2m=nになるときであるが、m次のシルベスター表示行列H(m)に対して第一の再帰的関係を使用することにより、2倍の次数のシルベスター表示ハダマード行列H(2m)を作り出す。第一の再帰的関係は以下の通りである。
【００５８】
【数８】
2004534265.tif 000011
図9は、本発明に係る1、2、4、および8次のシルベスター表示ハダマード行列82、84、86、および88を示したものである。
【００５９】
第二のステップ64では、n次のシルベスター表示ハダマード行列の最初の行から最後の行までインデックスiが付される。ここでiは{1,2,…n}のセットによって与えられるものである。図10は、行インデックスiが付された4次のシルベスター表示ハダマード行列84を示したものである。
【００６０】
第三のステップ66では、行の置換参照用テーブルが作られる。行の置換参照用テーブルは、次の行の置換参照用テーブルT(2m)を作るために、第二の再帰関係をその前の行の置換参照用テーブルT(m)に適用する事によって作られる。第二の再帰関係は以下の通りである。
【００６１】
【数９】
2004534265.tif 000012
2mがnに等しくなるまで、第二の再帰関係を適用することによって、n次の行の置換参照用テーブルが作られる。図11は16次の行の置換参照用テーブル90を示したものである。16次の行の置換参照用テーブル90は、8次の行の置換参照用テーブル92を含み、これは4次の行の置換参照用テーブル94を含み、更にこれは2次の行の置換参照用テーブル96を含む。
【００６２】
第四のステップ68では、n次のシルベスター表示ハダマード行列の行は、n個のハダマード行列を作るために、n次の行の置換参照用テーブルに従って置換される。図12は、4次の行の置換参照用テーブル94、4次のシルベスター表示ハダマード行列86、および行の置換参照用テーブルを4次のシルベスター表示ハダマード行列86に適用することによって得られた第二、第三、第四のハダマード行列104,106,108を示したものである。4次のシルベスター表示ハダマード行列86は、第一のハダマード行列102を作るために、第一の行の置換101によって置換されないということを示している。第二の行の置換103は、第二のハダマード行列104を作り出す4次のシルベスター表示ハダマード行列86を置換するために使用される。第三の行の置換105は、第三のハダマード行列106を作り出す4次のシルベスター表示ハダマード行列86を置換するために使用される。第四の行の置換107は、第四のハダマード行列108を作り出す4次のシルベスター表示ハダマード行列86を置換するために使用される。従って、4次のシルベスター表示ハダマード行列86、これは第一、第二、第三、および第四のハダマード行列102,104,106,108であり、4つのハダマード行列のセットを形成する。
【００６３】
第五のステップ70では、n2次のハダマード行列を作り出し、n次のハダマード行列に対する最適な無相関のセットを形成するために、n次のハダマード行列の各列は、サイクリックな方法によって置換される。図13は、16個のハダマード行列110を作り出すために、サイクリックに置換された第一から第四までのハダマード行列102,104,106,108を示し、これらは4次の最適な相関のあるセットである。第五から第八のハダマード行列112,114,116,118は、第一から第四までのハダマード行列102,104,106,108の左端の列を第一から第四までのハダマード行列102,104,106,108の右端の列の右側へ移動することによって作られる。第九から第十二のハダマード行列122,124,126,128は、同様に第五から第八のハダマード行列112,114,116,118から作り出される。第十三から第十六のハダマード行列132,134,136,138は、同様に第九から第十二のハダマード行列122,124,126,128から作り出され、これによって16個のハダマード行列は完成する。
【００６４】
n次の最適な無相関のセットを作り出す方法60によってn次の最適な無相関のセットを作り出す。更にこれとは別に、他の最適な無相関のセットを作り出すことができる。例えば、負のシルベスター表示をしたn次のハダマード行列からスタートすることによって、n次の最適な無相関のセットを作り出す方法60の第二から第五のステップ64,66,68.70を使って、第一の別のn次の最適な無相関のセットが作り出される。
【００６５】
16個のハダマード行列110は無相関の条件を満たしていることを、2つのテストによって示すことができる。第一のテストは、特定の項を2乗し、例えば、16個のハダマード行列110の各々から4番目の行で三番目の列の項を2乗し、その項の和を求める(これは16という数値になる)。これは、強度が変わった位相の振幅を2乗したものの一つに一致する。第二のテストは、2つの異なった項の積を取ることであり、例えば、16個のハダマード行列110の各々から第３の行で二番目の列の項と、第二の行で四番目の列の項との積をとり、その積の和を求める(これは0になる)。これはクロス項の一つに一致する。
【００６６】
もし、第一と第二のテストを16個のハダマード行列の16個の項に対して適用すると、全ての2乗和は16になり、2つの異なった項の積を加えたものは全て0
となることが判る。従って、16個のハダマード行列110の各々は、無相関の条件を満たしている。なぜなら、16個のハダマード行列110の各々は、各項の2乗和に影響を与えることなくクロス項を低減することになるからである。
【００６７】
この明細書の最初に説明したように、本発明の好適な実施例はディスプレイ・システムであり、これは図14に図式的に示されている。ディスプレイ・システム140にはディスプレイの光学系142とディスプレイ電子機器144が含まれる。
【００６８】
ディスプレイの光学系142は、レーザー146、照射光学系148、グレィティング・ライト・バルブ（grating light valve）150、シュリーレン光学系152、本発明に係る好適なディフューザー154、投影および走査光学系156、およびディスプレイ・スクリーン158から成る。ディスプレイ電子機器144はレーザー源146、グレィティング・ライト・バルブ150、好適なディフューザー154、および投影および走査光学系156に接続されている。ディスプレイ電子機器144はレーザー146に電力を供給する。レーザー146はレーザー光を放射する。照射光学系148はグレィティング・ライト・バルブ150上にレーザー光の焦点を結ぶ。グレィティング・ライト・バルブ150は、好適には第一の結像面160の位置に配置される。ディスプレイ電子機器144は、グレィティング・ライト・バルブ150を制御する。グレィティング・ライト・バルブ150は反射光または回折光を形成するレーザー光を変調する。反射光と回折光はピクセルの線状アレイを形成する。この点において、ピクセルの線状アレイは画像を形成しない。画像を形成させるためには、反射光または回折光はピクセルの線状アレイから分離しなければならない。シュリーレン光学系152が、反射光を回折光から分離することが望ましく、この回折光は、少なくとも+1および-1次の回折光がシュリーレン光学系152を通過できるようになっているものである。あるいは、シュリーレン光学系152が回折光を、シュリーレン光学系152を通過できるようになっている反射光から分離してもよい。
【００６９】
シュリーレン光学系152はピクセルの線状アレイからある幅を持った線状の画像を好適なディフューザー154上に形成する。好適なディフューザー154は第二の結像面162の位置に配置することが望ましい。好適なディフューザー154は、ピクセルの各々をサブ-ピクセルに分割し、ピクセルの線状アレイから分割されたサブ-ピクセルの相対フェーズを第一のピクセル・パターンへ配列する。ここで、サブ-ピクセルの相対フェーズはゼロとπラジアンのいずれかから選択される。ピクセルとサブ-ピクセルは、望ましくは最初に説明したフェーズ・セルとセル・パーテーションに一致する。あるいは、ピクセルはフェーズ・セルよりも大きくてもよい。あるいは、効果は小さいが、ピクセルはフェーズ・セルよりも小さくてもよい。
【００７０】
ディスプレイ電子機器144は、投影および走査光学系156の走査ミラーを駆動する。投影および走査光学系156は、ピクセルの線状アレイをディスプレイ・スクリーン158上に投影し、ディスプレイ・スクリーン158上にピクセルの2次元状のアレイを形成するために、ピクセルの線状アレイをディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンする。そして、ディスプレイ・スクリーン158は第三の結像面164の位置に配置される。ピクセルの2次元状のアレイは、目34(図示せず)にとっては2次元的な画像として見える。2次元画像に変化を与えるためにグレィティング・ライト・バルブ150は、ピクセルの線状アレイを変調し、投影および走査光学系156は、ピクセルの線状アレイを繰り返しスキャンする。
【００７１】
ディスプレイ・システム140は、時間的なフェーズの変化とスキャンニングのフェーズの変化を利用することによって2次元的な画像内に生じるスペックルを低減する。時間的なフェーズの変化は、多数のスキャンによって実現される。スキャンニングのフェーズの変化は、各スキャン毎に実現することができる。
【００７２】
時間的なフェーズの変化においては、目34の積分時間内の複数のスキャンの間、投影および走査光学系156はピクセルの線状アレイをスキャンする。ディスプレイ電子機器144は、その複数のスキャンの間、好適なディフューザー154に第一の動き155を持たせて駆動する。第一の動き155は、好適なディフューザー154にピクセルの線状アレイから分割されたサブ-ピクセルの相対フェーズを第二のピクセル・パターンに再配置させる。ここで、前述した複数のスキャンの各スキャンにおいて、サブ-ピクセルの相対フェーズはゼロとπラジアンのいずれかから選択される。前述した複数のスキャンの最後には、次の複数のスキャンのために、ディスプレイ電子機器144は逆の動き157をとるように好適なディフューザー154を駆動する。この逆の動き157は最初、好適なディフューザーが最後のピクセル・パターンの前のパターンを適用するように、好適なディフューザー154を最後のセグメントからその前のセグメントへ戻らせる。逆の動き157は、次の複数のスキャンの最後において初期の位置に到達するまで続けられる。あるいは、前述した複数のスキャンの最後に、次の複数のスキャンが始まる前に、好適なディフューザー154が初期の位置へ直ちに戻るように、ディスプレイ電子機器144は好適なディフューザー154に復帰運動をさせることもできる。
【００７３】
スキャンニングのフェーズの変化においては、ピクセルの線状アレイがディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンされるときに、好適なディフューザー154はディスプレイ・スクリーン158上のピクセルの線状アレイ間のフェーズを変える。第一のスキャンにおいて、ピクセルの線状アレイがディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンされるとき、スキャンニングのフェーズの変化を生じさせるピクセルの線状アレイに、フェーズは直交的に変化する。ピクセルの線状アレイの各々がディスプレイ・スクリーン158上に形成される時に、スキャンニングのフェーズの変化は第一の無相関のスペックル・パターンを作り出す。スキャンニング・スペックル・リダクションによって、第一の無相関のスペックル・パターンは目34で検出されるスペックルを低減する。スキャンニング・スペックル・リダクションは米国特許出願No. 09/687,465 「レーザー・スペックルを低減するための方法および装置」の主題となっており、ここで参照することにより、この出願はここに組み入れられる。
【００７４】
特定のピクセルの線状アレイの第二のスキャンにおいては、ピクセルの線状アレイを分割したサブ-ピクセルの相対フェーズを第二のピクセル・パターンに再配置するために、好適なディフューザーはピクセルの線状アレイに対して平行に1ピクセルだけ動く。第二のスキャンでは、特定のピクセルの線状アレイが
ディスプレイ・スクリーン158上に結像されるとき、第二のピクセル・パターンとスキャンニング・スペックル・リダクションは、第二の無相関のスペックル・パターンを作り出す。第二の無相関のスペックル・パターンは、更に、目34で検出されるスペックルを低減する。
【００７５】
特定のピクセルの線状アレイの連続するスキャンにおいては、好適なディフューザー154は、各連続するスキャンに対して更にもう1ピクセルだけピクセルの線状アレイを平行に動かすことが望ましい。各連続するスキャンは連続するピクセル・パターンを作り出す。連続するピクセル・パターンとスキャンニング・スペックル・リダクションは連続する無相関のスペックル・パターンを作り出す。連続する無相関のスペックル・パターンは更に、目34で検出されるスペックルを低減する。
【００７６】
第一、第二および連続するスキャンには、スキャン時間がかかる。合計スキャン時間は、第一、第二および連続するスキャンのためにかかるスキャン時間の和である。合計スキャン時間が目34の積分時間に到達すると、さらにピクセル・パターンを適用しても、もうそれ以上スペックルは低減しない。従って、スキャンニング速度は、ピクセルの線状アレイに適用することができるピクセル・パターンの数に制限を与えることになる。
【００７７】
本発明に係るディスプレイの光学系142を、図15,および図16に更に示す。図15はディスプレイの光学系142の平面図を示したものである。図16は、ディスプレイの光学系142の立面図を示したものであり、光学軸170に沿ってディスプレイの光学系142を曲げずに描いてある。レーザー146は、レーザー光172を放射する。照射光学系は、発散レンズ174、視準レンズ176、およびシリンドリカル・レンズ178から成る。照射光学系148は、レーザー光172の焦点を、ある焦点の広がりを持ったフォーカス・ラインの中にある、グレィティング・ライト・バルブ150上に結ばせる。図15には、レーザー光172が入射角45度で、グレィティング・ライト・バルブ150を照射していることに注意が必要である。反射光および回折光がシュリーレン光学系152に到達する限り、入射角は、レーザー光172がグレィティング・ライト・バルブ150を照射できる最小の入射角であることが理想的である。
【００７８】
グレィティング・ライト・バルブ150を照射するために、この他の光学系配列を使用することができることは、当該技術の分野に精通したものであれば、容易に理解することができる。また、本発明において図示したレンズは、単一のコンポーネントのレンズに限定されるものではなく、ここで示したレンズは複合レンズまたは反射型の光学要素によって置き換えることができることは、当該技術の分野に精通したものであれば、容易に理解することができる。
【００７９】
グレィティング・ライト・バルブ150は、レーザー光172を、フォーカス・ラインに沿ったピクセルの線状アレイとして変調する。ここでフォーカス・ラインは、反射光Rまたは、各ピクセルに対して+1および-1の回折次数D+1,D-1を含む回折光を形成するものである。好適には、グレィティング・ライト・バルブ150は、1080ピクセルの線状アレイを作り出す。あるいは、グレィティング・ライト・バルブ150は、1080ピクセル以下または以上のピクセルを作り出すものであってもよい。図16には、イラストとしての目的のために、反射光Rと二つのピクセルに対する+1および-1の回折次数D+1,D-1の回折光を示してある。もし、与えられたピクセルが反射光に変調されたものであれば、反射光Rが存在し、+1および-1の回折次数D+1,D-1の回折光は存在しない。あるいは、もし与えられたピクセルが回折光に変調されたものであれば、+1および-1の回折次数D+1,D-1の回折光が存在し、反射光Rは存在しない。ある瞬間において、結果として得られる画像内の与えられたピクセルの明るさを低減させるために、反射光Rと+1および-1の回折次数D+1,D-1の回折光を生じさせるように、与えられたピクセルを変調することは望ましい。これによって、結果として得られる画像にグレー・スケールの効果が生じる。
【００８０】
シュリーレン光学系152には、第一と第二のリレー・レンズ182,184の間に配置されたシュリーレン・ストップ180が含まれる。シュリーレン・ストップ180は反射光Rをストップさせるが、+1および-1の回折次数D+1,D-1の回折光を通過させる。シュリーレン・ストップ180は、好適には第一の変換面185の位置に配置される。あるいは、シュリーレン・ストップ180は、第一の変換面185の位置の近くに配置してもよい。
【００８１】
第一および第二のリレー・レンズ182,184は線状の画像として第二の結像面162上にピクセルの線状アレイを結像する。そしてこの結像面162は好適なディフューザー154の中にあるのが望ましい。あるいは、第二の結像面162は好適なディフューザー154の近くにあってもよい。暗いピクセルおよび明るいピクセルが線状の画像を作り上げる。暗いピクセルは、グレィティング・ライト・バルブ150の位置における、反射光Rを作り出すために変調されたピクセルに一致する。明るいピクセルは、グレィティング・ライト・バルブ150の位置における、+1および-1の回折次数D+1,D-1を含む回折光を作り出すために変調されたピクセルに一致する。
【００８２】
好適なディフューザー154は、第一、第二および連続するスキャンの各々のために、スキャンニングのフェーズの変化を作り出すと共に、複数のスキャン全体にわたる時間的なフェーズの変化を作り出す。これによって第一の無相関のスペックル・パターン、第二の無相関のスペックル・パターン、および連続する無相関のスペックル・パターンが作り出される。好ましくは、好適なディフューザー154は、好適なディフューザーのフェーズ・セルの長方形状のアレイからなる。好適なディフューザーのフェーズ・セルは、好ましくは、サブ・ピクセルに対してゼロとπラジアンの相対フェーズを誘起する第一と第二の光学経路長からなる。好適なディフューザーのフェーズ・セルは、好適なディフューザーのフェーズ・セルの8個の線形ユニットの中にある配列である。線形ユニットはピクセルの線状アレイに平行に配列されていることが望ましい。
【００８３】
好適なディフューザーのフェーズ・セルの第一と第二の光学経路長は、好適には、プラス1の要素がゼロ・フェーズ・シフトに一致し、マイナス1の要素がπラジアン・フェーズ・シフトに対応する8次のハダマード行列として配列されている。8個の好適なディフューザーのフェーズ・セルは、n次の最適な無相関のセットを作り出す方法60(図8参照)の第一、第二、第三、および第四のステップ62,64,66,および68によって生成された8個の無相関のハダマード行列に一致する。
【００８４】
あるいは、8個の無相関のハダマード行列は、5番目のステップ70(図8参照)において完成される64個の8次のハダマード行列の8次の最適な無相関のセットから選択される。もし、8個の無相関のハダマード行列が64個の8次のハダマード行列から選択されたものであれば、互いにサイクリックに置換した2個の8次のハダマード行列を選択しないことが重要である。これは、スキャンニングのフェーズの変化が、ディスプレイ・スクリーン158上に特定のピクセルの線状アレイが形成されるときに、サイクリックに置換するためである。
【００８５】
投影および走査光学系156は、投影レンズ186とスキャンニング・ミラー188とから成る。投影レンズ186は、スキャンニング・ミラー188を経由して、線状の画像190をディスプレイ・スクリーン158の上へ投影する。スキャンニング・ミラー188は、ほぼ第二の変換面194の位置に配置することが望ましい。スキャンニング・ミラー188は、第一のスキャンの動きA、すなわち線状の画像190をディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンし、および第二のスキャンの動きBをする。好適には、第一のスキャンの動きAは、ノコギリ歯状のスキャンの動きである。ここで、スキャン・サイクルの第一の部分は、ディスプレイ・スクリーン158へ照射するものであり、スキャン・サイクルの第二の部分は、スキャンニング・ミラー188をスキャン・サイクルの始めに戻すためのものである。線状の画像190をディスプレイ・スクリーン158上を横断して繰り返しスキャンすることにより、2次元的な画像がディスプレイ・スクリーン158上に形成される。
【００８６】
この他のスキャンの動きであっても、線状の画像190をディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンさせるために使用することができることは、当該技術の分野に精通したものであれば容易に理解することができる。また、スキャンニング・ミラー188に替えて、ゼロの光出力を有する対物スキャナーのような透過型のスキャンニング装置を使用することができることも、当該技術の分野に精通したものであれば容易に理解することができる。
【００８７】
線状の画像190をディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンするときに、グレィティング・ライト・バルブ150は、2次元的なピクセルの配列によって作られた2次元的な画像を生じさせるピクセルの線状アレイを変調する。高品位テレビ(HDTV)のフォーマットの場合、線状の画像190がディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンするとき、グレィティング・ライト・バルブ150は、1920回変調する。従って、好ましくは、グレィティング・ライト・バルブ150は、HDTVのフォーマットの場合、2次元的な画像を形成する1920x1080の長方形アレイを作り出す。この他の画像フォーマットの場合、線状の画像190が、他の画像フォーマットに従ってディスプレイされるディスプレイ・スクリーン158上を横断してスキャンするとき、グレィティング・ライト・バルブ150は、1920以上、または1920以下の回数だけ変調するようにしてもよい。
【００８８】
好適なディフューザー154は、蛇行運動を伴って動くことが望ましい。蛇行運動の第一の半分の期間は第一の動き155に一致し、蛇行運動の第二の半分の期間は逆の動き157に一致する。正確に等しい期間に一致した8個のピクセル・パターンに蛇行運動が適用されることはないが、それでも蛇行運動はその実施が容易なことから好まれている。蛇行運動を実施するためには、単純なハーモニック発振器を使用すれば十分である。あるいは、好適なディフューザー154は、ノコギリ歯状の運動によって動いてもよい。ノコギリ歯状の運動は、ほぼ正確に等しい期間に対応した8個のピクセル・パターンに適用して使用することができるが、蛇行運動に比べて、実施することためにはより複雑になることから、これはあまり好まれていない。
【００８９】
図14,15,16に示すディスプレイの光学系142は、白黒の画像を作り出すものである。カラー・ディスプレイの光学系はディスプレイの光学系142、2つの別のレーザー、2つの別の照射光学系、2つの別のグレィティング・ライト・バルブ、およびダイクロイック(dichroic)・フィルター群から構成される。カラー・ディスプレイの光学系では、赤、緑、および青色のレーザーが赤、緑、および青色のピクセルの線形アレイを作り出す3つのグレィティング・ライト・バルブを照射する。ダイクロイック・フィルター群は、3つのグレィティング・ライト・バルブからの反射光または回折光を結合し、そして反射光または回折光をシュリーレン光学系152に送る。あるいは、カラー・ディスプレイの光学系では、ダイクロイック・フィルター群は、一つのグレィティング・ライト・バルブを連続的に照射するために赤、緑、および青色のレーザー光を結合してもよい。
【００９０】
カラー・ディスプレイの光学系では、好適なディフューザー154は、赤、緑、および青色のピクセルの線形アレイの各々に対して、第一、第二、そして連続する無相関のスペックル・パターンを作り出す。赤、緑、および青色の各レーザー光が、πラジアンのフェーズ・シフトを生じさせるために、赤、緑、および青色のピクセルの線形アレイの一つに対して光学経路に変化を起こさせる特定の光波長を持っていることは、赤、緑、および青色のレーザー光にとって本来的なものである。その結果、赤、緑、および青色のピクセルの線形アレイのうちの残りの2つのフェーズ・シフトは、πラジアンのフェーズ・シフトに等しくない。従って、実際には、最もスペックルを発生する明るい光波長に対して、好適なディフューザー154を並べることが望ましい。あるいは、緑色のレーザー光は赤色と青色のレーザー光の間の光波長を持っているので、好適なディフューザー154は、緑色のピクセルの線形アレイに対してπラジアンのフェーズ・シフトを誘起するために並べられる。
【００９１】
好適なディフューザー154を、更に図17Aと17Bに示す。好適なディフューザー154は、幅206, 高さ208, 厚さ209を持った透過型のディフューザー、デイフューザー面210, およびアライメント面211から構成される。好ましくは、幅206は10mm、高さ208は35mm,そして厚さ209は1mmであり、これは取り扱い性に優れ、27.5mmの1080ピクセルの線状画像に対しても余裕を持っている。ここで、好適なディフューザー154の位置において、各ピクセルの寸法は約25.5μmである。あるいは、好適なディフューザー154の位置における線状画像に対して十分な寸法であれば、幅206, 高さ208, 厚さ209は違った寸法をとってもよい。
【００９２】
好適なディフューザー154の幅206は、好ましくは、デイフューザー面210とアライメント面211に分割される。デイフューザー面210は幅206の内の8mmから成り、アライメント面211は幅206の内の2mmから成る。アライメント面211は一定の厚さを有し、ディスプレイの光学系142のアライメントを調整するために使用される(図14,15,16参照)。
【００９３】
デイフューザー面210は、高さ208に対して平行に配列された8個の好適なディフューザー・フェーズ・セルの線状ユニットのパターンを繰り返すように構成されている。8個の好適なディフューザー・フェーズ・セルの線状ユニットは8個の無相関のハダマード行列に一致する。図17Cは、8個のディフューザー・フェーズ・セルの線状ユニット一つを図式的に示したものであり、白い領域214はゼロの相対フェーズ・シフトを持ったセル・パーテーションを示したものであり、黒い領域216はπラジアンのフェーズ・シフトを持ったセル・パーテーションを示したものである。第一のデフューザー・フェーズ・セル218は、8次のシルベスター表示のハダマード行列に一致する。第二から第八のデフューザー・フェーズ・セル219-225は、n次の最適無相関セットを作り出す方法60(図8参照)の第四のステップ68で作り出されるハダマード行列に一致する。望ましくは、第一から第八のデフューザー・フェーズ・セルは24μm平方とする。あるいは、デフューザー・フェーズ・セルは25.5μm平方まであってもよいし、24μm平方以下であってもよい。第一のデフューザー・フェーズ・セル218を、更に図17Dに示す。第一のデフューザー・フェーズ・セル218は、白い領域および黒い領域214, 216(図17C参照)に対応する第一および第二の面214A, 216Aを含む。
【００９４】
好適なディフューザー154の別のディフューザー面は、8次の最適無相関セットを形成する64個の無相関のハダマード行列に一致する64個のデフューザー・フェーズ・セルの平方ユニットのパターンを繰り返すことにより構成される。図18は、64個のデフューザー・フェーズ・セル218のユニット一つを図示したものであり、白い領域214はゼロの相対フェーズ・シフトを持ったセル・パーテーションを示したものであり、黒い領域216はπラジアンのフェーズ・シフトを持ったセル・パーテーションを示したものである。
【００９５】
好適なディフューザー154は、好ましくは、屈折率nが1.46の溶融シリカ上にリソグラフ・パターンをエッチング処理することによって作られる。この屈折率と532nmのレーザー光の場合、第一と第二の面214A, 216Aの間の高さの差は、このましくは、575nmである。好適なディフューザー154には、好ましくは、反射防止膜が施される。この好適な反射防止膜は、400-700nmのBBAR(broadband anti-reflective)コーティングである。
【００９６】
好適なディフューザー154を評価するために、一連のテストが行われる。前に述べたテスト方法によれば、スキャンニングすることなく、好適なディフューザー154を使用しないでディスプレイ・スクリーン上に投射された線状の照射は、60から65%のスペックル・コントラストを生じさせるということが分かった。第一のテストでは、好適なディフューザー154を使用しないで線状の照射をディスプレイ・スクリーン上に投影し、ディスプレイ・スクリーン上を横断してスキャンした。第一のテストによれば、スペックル・コントラストは38%まで低減された。従って、前に述べたテストと第一のテストからは、線状照射をスキャンすることによって、1.6から1.7の範囲のスペックル低減ファクターとしてスペックルを低減することができることを示している。
【００９７】
第二のテストでは、線状照射をディスプレイ・スクリーン上へ投射すると共に、ディスプレイ・スクリーン上を横断してスキャンし、そして好適なディフューザーがディフューザーを動かさないで行われた。第二のテストの結果、スペックル・コントラストは18%まで低減された。第三のテストでは、線状照射をディスプレイ・スクリーン上へ投射すると共に、ディスプレイ・スクリーン上を横断してスキャンし、そして好適なディフューザーを動かしつつ行われた。第三のテストの結果、スペックル・コントラストは8.5%まで低減された。従って、第一と第三のテストの結果を比較すれば、好適なディフューザー154を使用し、これを動かすことにより、4.5のスペックル低減ファクターでスペックルを低減することができることが示された。
【００９８】
第一と第三のテストの結果によって示された、スペックル低減ファクター4.5は、ディフューザー・スペックル・リダクションを提供するものではない。このことは、スキャン・スペックル・リダクションとディフューザー・スペックル・リダクションの間には相関が存在するためである。言い換えれば、線状照射のスキャンニングによって作り出された無相関のスペックル・パターンは、また好適なディフューザー154によって作り出される。従って、ディフューザー・スペックル・リダクションは前のテストと第三のテストを比較することによって示される。前のテストと第三のテストをよく検討すると、好適なディフューザー154は、7.1から7.6の範囲のスペックル・リダクション・ファクターでスペックルを低減していることが分かる。そして、これは理論的なスペックル・リダクション√64=8に近いものである。
【００９９】
本発明に係る第一の別のディスプレイ光学系は、反射光バルブの線状アレイを使用する。図15,16を参照して説明すると、このシステムは、グレィティング・ライト・バルブ150の替わりに反射光バルブの線状アレイを使用し、シュリーレン・ストップを使用しないようにしている。第一の別のディスプレイ光学系では、第一のリレー・レンズ182から離れたところへ、レーザー光を反射することによって、特定の反射光バルブは暗いピクセルを作り出す。また第一の別のディスプレイ光学系では、第一のリレー・レンズ182へレーザー光を反射することによって、特定の反射光バルブが明るいピクセルを作り出す。
【０１００】
本発明に係る第二の別のディスプレイ光学系では、透過光バルブの線状のアレイを使用する。図15,16を参照して説明すると、このシステムは、グレィティング・ライト・バルブ150の替わりに透過光バルブの線状アレイを使用し、シュリーレン・ストップを使用しないようにしている。第二の別のディスプレイ光学系では、特定の透過光バルブは、第一のリレー・レンズ182へレーザー光を通さないことにより暗いピクセルを作り出す。第二の別のディスプレイ光学系では、特定の透過光バルブは第一のリレー・レンズ182へレーザー光を通すことにより明るいピクセルを作り出す。
【０１０１】
本発明に係る第三の別のディスプレイ光学系では、シュリーレン光学系の替わりに反射型シュリーレン光学系を使用する。反射型シュリーレン光学系では、オフナー・リレー(Offner relay)が使われる。オフナー・リレーは凹面鏡と凸面鏡を含む。凸面鏡には長方形状のスリットが設けてある。反射光Rと、+1と-1の回折次数D+1, D-1を含む回折光は凹面鏡から凸面鏡へ反射される。反射光Rは長方形状のスリットを通過する。+1と-1の回折次数D+1, D-1を含む回折光は凸面鏡から反射し、凹面鏡へ戻る。その結果、凹面鏡は+1と-1の回折次数D+1, D-1を含む回折光を反射し、波面変調器154へ送られる。
【０１０２】
本発明に係る第四の別のディスプレイ光学系では、2次元画像を形成するために、レーザー・スポットをラスター・スキャンさせる。そしてこのとき、第四の別のディフューザーは、レーザー・スポットをサブ・ピクセルに分割し、時間的なフェーズの変化を連続的なスキャンの間にサブ・ピクセルへ適用する。
【０１０３】
本発明に係る第五の別のディスプレイ光学系では、ピクセルの2次元アレイから成る2次元画像を作り出すためにレーザー光を変調する、2次元アレイの光変調器を備える。第五の別のディスプレイ光学系では、第五の別のディフューザーが、ピクセルの2次元アレイの各ピクセルをサブ・ピクセルに分割し、時間的なフェーズの変化をサブ・ピクセルへ適用する。
【０１０４】
本発明に係る第六の別のディフューザーは、バイナリー・フェーズ・ステップに替えて漸進的なトランジション・フェーズ・ステップを使用する。バイナリー・フェーズ・ステップと漸進的なトランジション・フェーズ・ステップを図19に示す。バイナリー・フェーズ・ステップ240では、第一の面242から第二の面244へ急に移行するのに対し、漸進的なトランジション・フェーズ・ステップ206では、第三の面248から第四の面250へ漸進的に移行する。漸進的なトランジション・フェーズ・ステップを使用することによって、光学的な情報量を増加させる高次の回折が低減される。
【０１０５】
本発明の好適な実施例がディスプレイ・システム(図14参照)であるとしても、本発明は、レーザー光が拡散面を照射するこの他の応用においてもスペックルを低減させることができるものである。この他の応用には、コヒーレント・イメージング、コヒーレント顕微鏡、コヒーレント・トモグラフィ、コヒーレント・リモート・センシング、およびレーザー光を使用した半導体ウェハーの検査システムがある。
【０１０６】
更に、本発明では、平方フェーズ・セルと平方セル・パーテーションについて説明したが、本発明には非平方フェーズ・セルと非平方セル・パーテーションも含まれる。
【０１０７】
添付する特許請求の範囲において定義した本発明の考え方および範囲から外れることなく、好適な実施例に対して、ここで述べたもの以外の種々の修正を施すことは、当該技術の分野に精通したものであれば容易である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】
図1は、ある表面を照射するレーザー光とその表面を観察する人間の目を示したものである。
【図２】
図2は、スペックルの写真を示したものである。
【図３】
図3は、本発明に係る第一の別の実施例を示したものである。
【図４Ａ】
図4Aは、本発明に係る第一の別のディフューザーを示したものである。
【図４Ｂ】
図4Bも、本発明に係る第一の別のディフューザーを示したものである。
【図５Ａ】
図5Aは、本発明に係る第一のハダマード行列を数学的に表したものを示す。
【図５Ｂ】
図5Bは、本発明に係る第二のハダマード行列を数学的に表したものを示す。
【図５Ｃ】
図5Cは、本発明に係る第三のハダマード行列を数学的に表したものを示す。
【図５Ｄ】
図5Dは、本発明に係る第四のハダマード行列を数学的に表したものを示す。
【図６】
図6は、本発明に係る第一から第四までのセル・パーテーションに分割されたフェーズ・セルの振幅の配分を図式的に示したものである。
【図７Ａ】
図7Aは、本発明に係るフェーズ・セルの振幅の配分に、第一のハダマード行列を適用したものを図式的に示したものである。
【図７Ｂ】
図7Bは、本発明に係るフェーズ・セルの振幅の配分に、第二のハダマード行列を適用したものを図式的に示したものである。
【図７Ｃ】
図7Cは、本発明に係るフェーズ・セルの振幅の配分に、第三のハダマード行列を適用したものを図式的に示したものである。
【図７Ｄ】
図7Dは、本発明に係るフェーズ・セルの振幅の配分に、第四のハダマード行列を適用したものを図式的に示したものである。
【図８】
図8は、ブロック・ダイヤグラムとして示したものであり、本発明に係るn次のハダマード行列のn次の最適な無相関のセットを作り出す方法を示したものである。
【図９】
図9は、本発明に係る1次、2次、4次、および8次のシルベスター表示によるハダマード行列を数学的に表したものである。
【図１０】
図10は、本発明に係る4次のシルベスター表示によるハダマード行列を、行を数える行インデックスと共に数学的に表したものである。
【図１１】
図11は、本発明に係る16次の行の置換参照用テーブルを示したものである。
【図１２】
図12は、4次の行の置換参照用テーブル、4次のシルベスター表示によるハダマード行列、および本発明に係る4次の行の置換参照用テーブルを使用して4次のシルベスター表示のハダマード行列から作られた第二から第四のハダマード行列を数学的に表したものである。
【図１３】
図13は、本発明に係る16個のハダマード行列からなる4次のハダマード行列の、4次の最適な無相関のセットを数学的に表したものである。
【図１４】
図14は、本発明に係るディスプレイ・システムを図式的に示したものである。
【図１５】
図15は、本発明に係る好適なディフューザーを使用したディスプレイ光学系の平面図を示したものである。
【図１６】
図16は、本発明に係る好適なディフューザーを使用したディスプレイ光学系の立面図を示したものである。
【図１７Ａ】
図17Aは、本発明に係る好適なディフューザーを示したものである。
【図１７Ｂ】
図17Bも、本発明に係る好適なディフューザーを示したものである。
【図１７Ｃ】
図17Cは、本発明に係る好適なディフューザー表面の一部分を示したものである。
【図１７Ｄ】
図17Dは、本発明に係る好適なディフューザーの第一のディフューザー・フェーズ・セルを示したものである。
【図１８】
図18は、本発明に係る別のディフューザー表面の一部分を図式的に示したものである。
【図１９】
図19は、本発明に係るバイナリー・フェーズ・ステップの表面と漸進的なトランジション・フェーズ・ステップの表面を示したものである。
【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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