【誤訳訂正書】
【提出日】平成17年12月19日(2005.12.19)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】  レーザースペックル低減方法及び装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  ディスプレイスクリーンに２次元像を表示する表示装置であって、
ａ．電子手段で駆動されかつレーザーイルミネーションによって照射される、第１像平面に配置される光変調器であって、列イメージを形成する直線配列ピクセルを形成する光変調器と、
ｂ．第２像平面に配置される波面変調器であって、前記列イメージの幅を横切って位相を空間的に変化させ、それによって、位相変調された波面が形成される波面変調器と、
ｃ．前記電子手段によって駆動される投影・走査光学系であって、前記ディスプレイスクリーンに２次元像が形成されかつさらに前記位相変調された波面によりレーザースペックルを低減するように、前記列イメージを前記ディスプレイスクリーン上に投影すると共に前記ディスプレイスクリーン上に前記列イメージを走査する投影・走査光学系と、
から成る２次元像表示装置。
【請求項２】  前記光変調器は回折光弁配列から成る、請求項１の装置。
【請求項３】  前記回折光弁配列は格子光弁から成る、請求項２の装置。
【請求項４】  前記第２像平面は前記第１像平面と前記投影・走査光学系との間に光学的に配置される、請求項３の装置。
【請求項５】  前記光変調器は反射光弁配列から成る、請求項１の装置。
【請求項６】  前記光変調器は透過光弁配列から成る、請求項１の装置。
【請求項７】  前記波面変調器は回折素子から成る、請求項１の装置。
【請求項８】  前記波面変調器は反射素子から成る、請求項１の装置。
【請求項９】  前記波面変調器は回折格子から成る、請求項１の装置。
【請求項１０】  前記回折格子は２ピッチ回折格子から成る、請求項９の装置。
【請求項１１】  前記投影・走査光学系は投影レンズと走査鏡とから成りさらに、前記回折格子は前記回折格子の高さ方向に対して４５°の角をなす格子形状を有する、請求項９の装置。
【請求項１２】  ディスプレイスクリーンに２次元像を表示する表示装置であって、
ａ．電子手段で制御されてレーザー出力を与えるレーザー源と、
ｂ．レーザー出力を焦点ライン上に円柱状に集中させる第１光学系であって、前記焦点ラインが焦点幅を有しかつ第１像平面に配置される第１光学系と、
ｃ．前記電子手段によって変調される光弁配列であって、第１像平面に配置されかつ列イメージを形成するピクセルの直線配列を発生させるように構成される光弁配列と、
ｄ．前記焦点幅を有する前記焦点ラインを第２像平面に円柱状に集中させる第２光学系と、
ｅ．前記第２像平面に配置される波面変調器であって、位相変調された波面が列イメージ幅を横切って形成されるように前記焦点幅を横切る空間位相を変調する波面変調器と、
ｆ．電子手段によって駆動される第３光学系であって、
前記ディスプレイスクリーン上に列イメージを投影する投影レンズと、２次元イメージを前記ディスプレイスクリーン上に形成し、前記位相変調した波面によりレーザースペックルが減少するように前記ディスプレイスクリーン上に列イメージを走査する走査鏡とを有する第３光学系と、
から成る表示装置。
【請求項１３】  前記光弁配列は回折光弁配列から成る、請求項１２の装置。
【請求項１４】  前記回折光弁配列は光弁から成り、さらに前記第３光学系は回折された光と反射された光との結合から回折された部分を分離する手段を有し、前記回折された部分は前記回折された光の一部分である、請求項１３の装置。
【請求項１５】  前記回折された部分は、回折次数プラス１と回折次数マイナス１とから成る請求項１４の装置。
【請求項１６】  前記回折された光が前記列イメージを形成する、請求項１５の装置。
【請求項１７】  前記光弁配列は反射性光弁配列から成る、請求項１２の装置。
【請求項１８】  前記光弁配列は透過性光弁配列から成る、請求項１２の装置。
【請求項１９】  ディスプレイスクリーンに２次元像を表示する表示装置であって、
ａ．電子手段で制御されてレーザー出力を与えるレーザー源と、
ｂ．前記レーザー出力を焦点ライン上に円柱状に集中させる第１光学系であって、前記焦点ラインは焦点幅を有しかつ第１像平面に配置される第１光学系と、
ｃ．前記焦点ラインによって照射され、前記電子手段によって変調され、そして、第１像平面に配置される格子光弁であって、ピクセルの直線配列に配列された、回折された光と反射された光との結合を発生させ、ピクセルの前記直線配列の回折された部分が列イメージを形成する格子光弁と、
ｄ．前記回折された光と前記反射された光との結合から前記回折された部分を分離する第２光学系であって、第２像平面に前記列イメージを造る第２光学系と、
ｅ．前記第２像平面に配置されると共に列イメージ幅を横切って空間位相を変調し、それによって位相変調された列イメージが形成される波面変調器と、
ｆ．前記位相変調された列イメージを投影し、それによって投影された列イメージが形成される投影レンズと、
ｇ．前記電子手段によって駆動される走査鏡アッセンブリであって、前記ディスプレイスクリーンに２次元像が形成されかつさらに前記位相変調された波面によりレーザースペックルが減少するように、前記ディスプレイスクリーン上に前記投影された列イメージを走査する走査鏡アッセンブリと、
から成る２次元像表示装置。
【請求項２０】  レーザー照射されたディスプレイシステムのレーザースペックルを低減させる方法であって、
ａ．レーザー出力をある幅を有するライン上に集中させ、
ｂ．ピクセルの直線配列を発生させるために前記ラインに沿って前記レーザー出力を変調し、ピクセルの前記直線配列が列イメージ幅を有する列イメージを形成するようにさせ、
ｃ．位相変調された波面が形成されるように前記列イメージの幅を横切って空間位相を変調し、
ｄ．ディスプレイスクリーン上に前記列イメージを投影し、
ｅ．前記ディスプレイスクリーンに２次元像が形成されかつさらに前記位相変調された波面がレーザースペックルを低減させるように、前記ディスプレイスクリーンを通して前記列イメージを走査すること
から成るレーザースペックル低減方法。
【請求項２１】  拡散面上のある領域を照射する装置であって、
レーザーイルミネーションによって照射されかつ第１像平面に配置される波面変調器であって、前記レーザーイルミネーションは前記波面変調器においてラインイルミネーション幅を有するラインイルミネーションを形成し、前記波面変調器は前記ラインイルミネーション幅を横切って位相を空間的に変化させ、それによって位相変調された波面が形成される波面変調器と、
電子手段によって駆動される投影・走査光学系であって、前記ラインイルミネーションを前記拡散面上に投影し、前記領域が照射されかつさらに前記位相変調された波面によりレーザースペックルが減少するように前記拡散面上に前記ラインイルミネーションを走査する投影・走査光学系と、
から成る拡散面領域照射装置。
【請求項２２】  レーザースペックルを低減させる方法であって、
ａ．レーザー出力をあるラインイルミネーション幅を有するラインイルミネーションに集中させ、
ｂ．位相変調された波面が発生するように前記ラインイルミネーション幅を横切って空間位相を変調し、
ｃ．拡散面上に前記ラインイルミネーションを投影し、
ｄ．ある領域が照射されかつさらに前記位相変調された波面によりレーザースペックルが減少するように、前記拡散面を通して前記ラインイルミネーションを走査することから成るレーザースペックル低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明はレーザー照射システム分野に関する。特に、本発明はレーザーによって発生されるラインイルミネーション（列照射）が放散（拡散）面を通して走査されるレーザー照射システムの分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粗面を照射する干渉性（可干渉）光はスペックル（斑点）を生じる（発生させる）。粗面からの反射は拡散反射と呼ばれる。粗面を通じた伝達（伝送）は拡散透過と呼ばれる。拡散反射、即ち、拡散透過では光は各種の方向に散乱する。拡散反射によって散乱される干渉性光は、粗面から離れた空間で干渉パターンを形成する。人の目で見られると、「粒状」パターンの明及び暗に見えるであろう。その粒状パターンがスペックルである。干渉性光によって照射された粗面を見ると、光学システムの光強度検出器も同様にスペックルを検出するであろう。
【０００３】
先行技術のスペックル表示装置が図１に例示される。スペックル表示装置１は、第１光軸８上に配置される表示レンズ２、放散レンズ４及び観察（視聴）スクリーン６を含む。表示レンズ２はレーザービーム１０を発する。放散レンズ４はレーザービーム１０を放散レーザービーム１２に変換する。放散レーザービーム１２は大領域１４の観察スクリーン６を照射する。観察スクリーン６は放散レーザービーム１２を拡散的に反射して干渉パターンを造りだす。第２光軸１８上に配置される観察面１６は、干渉パターンと交差する。観察面１６は、そこで目又は光学システムの焦点が合わされる空間の視野である。視聴スクリーン６において目又は光学システムの焦点が合わされると、観察面１６は視聴スクリーン６に位置づけられる。放散レンズ４はスペックルの表示を助長するが、それはスペックルの発生上不必要である。
【０００４】
図２は、先行技術の典型的なスペックルパターン１７の写真であり、観察面１６において見られるスペックルを例示する。観察スクリーン１６から拡散的に反射する放散レーザービーム１２の干渉による強め合いは観察面１６の明るい斑点（スポット）を造り出す。干渉による弱め合いは明るいスポット間に暗いスポットを造り出す。視聴スクリーン６からの拡散反射は無作為の性質を有し、そのために明スポット及び暗スポットは観察面１６全体を通して変化する。
【０００５】
スペックルの程度（尺度）はコントラスト（Ｃ）である。コントラストは、百分率でＣ＝１００*ＩＲＭＳ/Ｉ’によって与えられ、ここではＩ’は平均光強度、ＩＲＭＳは平均光強度に関する二乗平均平方根光強度変動である。
【０００６】
Goodmanは、「スペックルに関する若干の基本性質」（J.Opt.Soc.A.,Vol.66,No.11,Nov.1976,pp 1145-1150）で、N個の相関関係のないスペックルパターンを重ねることによってスペックルが低減され得ることを教示している。N個の相関関係のないスペックルパターンが同一の平均光強度及びコントラストを有するとすれば、これはスッペクル低減係数（因数）N’だけコントラストを低減させる。N個の相関関係のないパターンが等しくない平均光強度又は等しくないコントラストを有するならば、スッペクル低減係数はN’未満であろう。従って、スッペクル低減係数N’は、N個の相関関係のないスペックルパターンに対するスッペクル低減に関して最大の場合である。Goodmanは、相関関係のないスペックルパターンは、時間、空間、周波数又は偏光によって得られることをさらに教示している。
【０００７】
先行技術のスペックル低減方法は、視聴スクリーン６を移動させることによって多数のスペックルパターンを与えるものであり、そこではGoodmanによって教示された時間手段が用いられる。振動運動１９は、概して光軸８の周りの小円又は小楕円に従う。これは、視聴スクリーン６を観察する目又は光学システム対してスペックルパターンを移動させ、従って時間経過と共に多数のスペックルパターンを形成する。その期間中のどの瞬間においてもスペックルの量は変わらないが、振動運動の速度が或る閾値を越えるならば目にはスペックルが低減されたように見える。スペックルパターンが有意の距離移動できるように露出時間が十分長いならば、同光学システムの光強度検出器は低減されたスペックルを検出する。
【０００８】
レーザー照射されたディスプレイシステム技術では、レーザースペックルを低減させるために能動拡散器（ディフューザ）がレーザー照射された作像システムに加えられ得ることが知られている。能動拡散器は中間像平面又は中間像平面の近くに配置される。ディスプレイスクリーンにおいて移動する位相を与えるために能動拡散器は、ディスプレスシステム光軸の回りにおいて回転又はトロイド（トーラス方向）パターンの形で中間像平面内で移動される。移動する位相は時間経過と共に相関関係のないスペックルパターンを与え、従って、Goodmanによって教示された時間手段を用いる。
【０００９】
「レーザー投影システムにおける回折光学素子によるスペックル低減」（Applied Optics, Vol.37,No. 10, Apr. 1998, pp 1770-1775）でWang他は、レーザーテレビシステムのようなレーザー投影システムにおけるレーザースペックル低減方法を教示している。レーザー投影システムにおけるレーザースポットは、CRT（陰極線管）ディスプレイにおいて電子ビームが像を形成するのと同様にラスタ走査によってディスプレイスクリーン上に像を形成する。Wang他によって教示された方法は、レーザービームを拡張し、多数の小ビームを形成するために拡張されたレーザービーム内に回折光学素子を配置し、次いでディスプレイスクリーン上にレーザースポットを形成するために小レーザービームに焦点を合わせる。これは時間で変化するスペックルパターンを与え結果的にスペックルが低減する。Wang他は、さらにスペックル低減に関して僅かに改良するために拡散性光学要素が回転され得ることを教示している。
【００１０】
Bloom他は、参照により本明細書に組み入れられた、1999年11月9日発行の米国特許第５，９８２，５５３号において、格子光弁（GLV）赤、緑、青レーザー、各種のレンズ系、走査鏡、ディスプレイスクリーン、電子機器を含むディスプレイシステムを教示している。
【００１１】
Bloom他により教示されたディスプレイシステムでは、GLVはディスプレイスクリーン上のピクセルの線形配列から成る列イメージを形成する。走査鏡は、GLVがピクセルの線形配列を変調するにつれて列イメージに垂直な方向でディスプレイスクリーンを横切って列イメージを反復的に走査し、それによって２次元像を形成する。
【００１２】
Bloom他により教示された２次元像はレーザーイルミネーションによって形成されるので、同２次元像はレーザースペックルを示し、像品質を劣化させる。レーザースペックルを低減させることによって像品質の向上が望まれる。
【００１３】
必要とされるのは、列イメージを走査することによって２次元像が形成される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させる方法である。
【００１４】
必要とされるのは、レーザーによって生じたラインイルミネーションが拡散面を通して走査される光学システムにおいて、レーザースペックルを低減させる方法である。
【００１５】
【本発明の要約】
本発明は、ディスプレイスクリーンを横切って列イメージを走査することによって２次元像を形成する、レーザースペックルを低減させた２次元像を表示する方法及び装置である。ディスプレイ装置は、光変調器、波面変調器及び投影・走査光学系を含む。光変調器は、ピクセルの線形配列から列イメージを形成するためにレーザーイルミネーションを変調する。波面変調器は、列イメージの幅を横切って空間的な位相を変化させ、従って、位相変調された波面を形成する。投影・走査光学系は、列イメージ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を横切って列イメージを走査する。位相変調された波面は、ディスプレイスクリーンを通して列イメージが走査されるにつれて多数のスペックルパターンを発生させ、従ってレーザースペックルの発生が低減する。
【００１６】
あるいは、本発明は、レーザーによって発生されるラインイルミネーションが拡散面を横切って走査されるあらゆるレーザー照射されたシステムにおいてレーザースペックルを低減させるのに適している。
【００１７】
【本発明の望ましい実施態様の詳細な説明】
本発明のディスプレイシステムは、図式的に図３に示される。ディスプレイシステム４０は、ディスプレイ光学機器４２及びディスプレイ電子機器４４を含む。ディスプレイ光学機器４２は、レーザー４６、イルミネーション電子機器４８、格子光弁（GLV）５０、シリーレン（Schlieren）光学機器５２、波面変調器５４、投影及び走査光学機器５６及びディスプレイスクリーン５８から成る。ディスプレイ電子機器４４はレーザー源４６、GLV５０及び投影及び走査光学機器５６に結合される。
【００１８】
ディスプレイ電子機器４４は、レーザー４６を作動させる。レーザー４６はレーザーイルミネーションを発する。イルミネーション光学機器４８は、レーザーイルミネーションをGLV５０上に集中させる。GLV５０は、第１像平面６０内に配置される。ディスプレイ電子機器４４はGLV５０を制御する。GLV５０はレーザーイルミネーションを変調し、ピクセルの線形配列（アレイ）に関して反射光又は回折光を形成する。シリーレン光学機器５２は、反射光を回折光から分離し、シリーレン光学機器５２を通すために少なくともプラス１及びマイナス１の回折オーダー（order）を可能にする。
【００１９】
シリーレン光学機器は、波面変調器５４において列イメージ幅を有する列イメージを形成する。波面変調器５４は、第２像平面に配置される。波面変調器５４は、列イメージ幅を横切って位相を変調する。ディスプレイ電子機器４４は、投影及び走査光学機器５６の走査鏡を駆動する。投影及び走査光学機器５６は列イメージをディスプレイスクリーン５８上に投影し、ディスプレイスクリーン５８上に２次元像を形成するためにディスプレイスクリーン５８を横切って列イメージを走査する。ディスプレイスクリーン５８は第３像平面６４に配置される。
【００２０】
波面変調器５４は、ディスプレイスクリーン５８において列イメージ幅を横切って位相を変化させる。列イメージ幅でディスプレイスクリーン５８を横切って走査するにつれて位相が変化し、従って時間経過と共に多数のスペックルパターンを発生させる。多数のスペックルパターンを見る人の目又は光学システムの光強度検出器はスペックルの低減を検出する。
【００２１】
本発明のディスプレイ光学機器４２は、図４及び５にさらに例示される。図４はディスプレイ光学機器４２の平面図を示す。図５はディスプレイ光学機器４２の立面図を例示し、ディスプレイ光学機器４２は光軸７０に沿って展開される。レーザー４６はレーザーイルミネーション７２を発（放出）する。イルミネーション光学機器４８は拡散レンズ７４、視準レンズ７６及び円柱レンズ７８から成る。イルミネーション光学機器４８は、焦点幅を有する焦点ラインの形でＧＬＶ５０上にレーザーイルミネーション７２の焦点を合わせる。図４は、入射角４５°でＧＬＶ５０を照射するレーザーイルミネーション７２を例示していることに留意すべきである。理想的には入射角度は最少にし、レーザーイルミネーション７２でＧＬＶ５０を照射するのを可能にすると同時に反射及び回折した光がシリーレン光学機器５２に達し得るようにすることである。ＧＬＶ５０を照射するために他の光学機器系が用いられ得ることは当業者には容易に分かるであろう。本発明の各レンズの描写は単一構成成分のレンズに限らず、また任意の所与のレンズが複合レンズ又は反射による光学素子で置き換えられ得ることも同様に当業者には容易に分かるであろう。
【００２２】
ＧＬＶ５０は焦点ラインに沿ってピクセルの線形配列としてレーザーイルミネーション７２を変調し、各ピクセルにつき回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１を含む、反射された光Ｒ又は回折された光を形成する。ここでＧＬＶ５０は、１０８０ピクセルの線形配列を発生させることが好ましい。あるいは、ＧＬＶ５０は、１０８０を越えるか又はそれ未満のピクセルを発生させる。図５は、反射された光と２つのピクセルにつき回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１を図解のために例示する。所与のピクセルが光りを反射するように変調されるならば、反射された光Ｒが現れ、回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１は現れないであろう。あるいは、所与のピクセルが光を回折するように変調されるならば、回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１が現れ、反射された光Ｒは現れないであろう。場合によっては、結果的に生じる像内にグレースケール効果を与える、結果的に生じる像内の所与のピクセル輝度を低減させるためには、反射された光及び回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１を発生させるように所与のピクセルを変調するのが望ましい。
【００２３】
シリーレン光学機器５２は、第１及び第２レンズ８２及び８４間に配置されるシリーレン絞り８０を含む。シリーレン絞り８０は、反射された光Ｒを止めて、回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１がシリーレン絞り８０を通過するのを可能にする。シリーレン絞り８０は第１変換平面８５に配置されるのが望ましい。あるいは、シリーレン絞り８０は第１変換平面８５に近接して配置される。
【００２４】
第１及び第２リレー（中継）レンズ８２及び８４は、波面変調器５４内にあることが望ましい第２像平面６２内の列イメージとして、ピクセルの線形配列の像を作る（映す）。あるいは、第２像平面６２は波面変調器５４に近接させる。暗及び明ピクセルは列イメージを構成する。暗ピクセルは、反射される光Ｒを与えるように変調されるＧＬＶ５０におけるピクセルに相当する。明ピクセルは、回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１を含む、回折される光を与えるために変調されるＧＬＶ５０におけるピクセルに相当する。
【００２５】
波面変調器５４は、波面変調器５４における列イメージ幅を横切る波面の空間位相の変動を形成する。レーザーイルミネーション７２の波長に対して空間位相の変動は０及び２πラジアン間にあることが望ましい。空間位相の変動は波面変調器５４においては列イメージ幅未満であるが、投影及び走査光学機器５６の最小サイズ分解能と等しいか又はそれより大きい周期を有することが望ましい。波面変調器５４は、列イメージに対して少なくとも部分的に直角な格子形状（側面）を有する透過性回折格子から成るのが望ましい。あるいは、波面変調器５４は、列イメージに対して少なくとも部分的に直角な格子形状を有する反射性回折格子から成る。反射性回折格子を用いることで、反射性回折格子を考慮するディスプレイ光学機器４２の再配列を要することは当業者には容易に分かるであろう。高さが変化するランダムな形状が、列イメージ幅を横切って波面の空間位相の変動を生じさせるために格子形状の代わりに用いられ得ることも同様に当業者には容易に分かるであろう。
【００２６】
投影及び走査光学機器５６は、投影レンズ８６及び走査鏡８８から成る。投影レンズ８６は、走査鏡８８を介してディスプレイスクリーン５８上に列イメージ９０を投影する。同様に投影レンズ８６は、ディスプレイスクリーン５８上の列イメージ幅９２を横切って空間位相の変動を有する波面を修整する。走査鏡８８は第２変換平面９４の周りに配置されるのが望ましい。
【００２７】
走査鏡８８は、第１走査運動Ａと共に移動し、従って第２走査運動Ｂと共にディスプレイスクリーン５８を横切って列イメージ９０を走査する。望ましくは、第１走査運動Ａは鋸歯状歯走査運動であり、そこでは走査サイクルの第１部分はディスプレイスクリーン５８を照射し、走査サイクルの第２部分は走査鏡８８を走査サイクルの初めに戻す。ディスプレイスクリーン５８を横切って列イメージを反復走査することによって２次元像がディスプレイスクリーン５８上に形成される。ディスプレイスクリーン５８を横切って列イメージ９０を走査するために他の走査運動が用いられ得ることは当業者には容易に分かるであろう。同様にゼロの光学パワーを有する対物走査装置のような透過性走査装置で走査鏡８８を置き換え得ることは当業者には容易に分かるであろう。
【００２８】
列イメージ９０がディスプレイスクリーン５８を横切って走査するにつれて、ＧＬＶ５０はピクセルの線形配列を変調し、従ってピクセル矩形配列から構成される２次元像を発生させる。高解像度テレビ（ＨＤＴＶ）フォーマットに関しては、列イメージ９０がディスプレイスクリーン５８を横切って走査するにつれてＧＬＶ５０は１９２０回変調する。従って、ＧＬＶ５０は、ＨＤＴＶフォーマット用の２次元像を形成する、１９２０×１０８０の矩形配列を発生させるのが望ましい。 他の映像フォーマットに関しては、他のどの映像フォーマットが表示されるかに依存して、列イメージ９０がディスプレイスクリーン５８を横切って走査するにつれて、ＧＬＶ５０は１９２０を越えるか又はそれ未満の回数の変調を行う。
【００２９】
列イメージ幅９２でディスプレイスクリーン５８を横切って走査するにつれて、空間位相の変動を有する波面は時間と共に多数のスペックルパターンを発生させる。当該多重スペックルパターンは目又は光学システムの光強度検出器によって検出されるスペックルを低減させる。
【００３０】
図３、４及び５に描写されたディスプレイ光学機器は単色像を発生させる。 カラーディスプレイ光学機器は、ディスプレイ光学機器４２、２つの追加レーザー、２つの追加イルミネーション光学機器、２つの追加ＧＬＶ及び２色性フィルタ群から成る。カラーディスプレイ光学機器では、赤、緑及び青レーザーは３つのＧＬＶを照射し、ピクセルの赤、緑及び青線形配列を発生させる。２色性フィルタ群は３つのＧＬＶから反射及び回折された光を結合し、反射及び回折された光をシリーレン光学機器５２に方向づける。波面変調器５４は、波面変調器５４及びその結果としてディスプレイスクリーン５８において赤、緑及び青波面に対して列イメージ幅９２を横切って位相を変化させる。カラーディスプレイ光学機器に関しては、列イメージ幅９２を横切る空間位相の変動は、赤、緑及び青レーザーイルミネーションの１つ（例えば、緑レーザーイルミネーション）に対して最適振幅又は関係する波長の特殊な平均である波長を有するのが望ましい。列イメージ９０がディスプレイスクリーン５８を横切って走査されるにつれて、赤、緑及び青波面は、時間経過と共に多数のスペックルパターンを発生させ、従って、カラーディスプレイ光学機器内のスペックルを低減させる。その代わりに、カラーカラーディスプレイ光学機器では、２色性フィルタ群は、単一ＧＬＶを連続的に照射するために赤、緑及び青レーザーイルミネーションを結合させる。
【００３１】
望ましい波面変調器５４Ａは図６Ａ及び６Ｂに例示される。望ましい波面変調器５４Ａは、幅、高さ及び厚さ１０６、１０８及び１０９並びに格子形状１１０を有する透過性格子から成る。好ましい波面変調器５４Ａにおいて２５．５μｍの列イメージ幅を有する２７．５ｍｍの列イメージに対する便利な取扱サイズ及び冗長性を与えるために、幅１０６は約４ｍｍ、高さ１０８は約３５ｍｍ及び厚さ１０９は約１ｍｍであることが望ましい。あるいは、高さ１０８及び幅１０６は、少なくとも列イメージのサイズになるように選択され、また好ましい波面変調器５４Ａにおける列ライン幅及び厚さ１０９は、少なくとも十分な取扱構造を与えるものになるように選択される。例示の目的のために図６Ａ及び６Ｂは現実のものより遥かに大きくされたものとして格子形状１１０を描写していることに留意すべきである。
【００３２】
格子形状１１０は、高さ１０８に対して角度Ｃを形成し、２７．５ｍｍの列イメージに平行である。格子形状１１０は、好ましい波面変調器５４Ａにおいて２７．５ｍｍの列イメージに対して少なくとも部分的に直交し、従って角度Ｃは９０°ではない。望ましくは、ディスプレイ光学機器４２（図４及び５）の投影レンズ８６及び走査鏡８８に対する光学的処理量を最適化するために角度Ｃは約４５°である。４５°の角度は、ディスプレイスクリーン５８において列イメージ幅９２を横切る空間位相の変動を与え、同時に第２変換平面９４（図４及び５）の回りに配置される、走査鏡８８における光学的足跡を最小にする。格子形状１１０、角度Ｃ、投影レンズ８６及び走査鏡８８は、ディスプレイ光学機器４２（図４、５、６Ａ及び６Ｂ）の相互に関係のあるサブシステムを形成する。相互に関係のあるサブシステムは、異なった格子形状、角度Ｃに対する４５°以外の角度、異なった投影レンズ及び異なった走査鏡を用いて最適化され得ることは当業者には容易に分かるであろう。
【００３３】
図６Ｃは、格子形状１１０をさらに例示する。格子形状１１０は２ピッチ格子形状から成る。投影レンズ８６がf/２．５の速度を有する、融解石英（５３２ｎｍ光に対し１．４６屈折率を有する）の格子材料、好ましい波面変調器５4Ａにおける２５．５μｍの列イメージ幅の格子材料及び相互に関係するサブシステムに対して最適化された好ましい格子形状を以下に示す。
【００３４】
図６Ｃ基準          寸法
Ｄ              ４μｍ  
Ｅ              ３．５  
Ｆ              ２  
Ｇ              ８．５
Ｈ            ５７８ｎｍ  
【００３５】
寸法Ｈは、Ｈ＝λ/［２（ｎ−１）］によって決定され、ここではλは光波長であり、ｎは格子材料に関する屈折率である。好ましい格子形状により、走査鏡８８がディスプレイ光学機器４２（図４及び５）の第２変換平面９４の回りに配置された矩形鏡から成る、相互に関係するサブシステムに対する光学的足跡が最適化される。
【００３６】
好ましい波面変調器５４Ａは写真平版パターンを溶解石英に食刻することによって製造されるのが望ましい。好ましい波面変調器５４Ａはむしろ反射防止膜を含む。好ましい反射防止膜は４００−７００ｎｍＢＢＡＲ（ブロードバンド反射防止性）膜である。
【００３７】
既に述べたように、列イメージ幅９２でディスプレイスクリーン５８を走査するにつれて空間位相の変動を有する波面は時間と共に多数のスペックルパターンを発生させる。目で検出されると、当該多重スッペクルパターンにより、本発明のスッペクル低減係数（率）だけスペックルが低減する。
【００３８】
本発明のスペックル低減係数は下式で与えられる。
【００３９】
スペックル低減係数＝（１＋θｐｒｏｊ２/θｅｙｅ）１／２/（１＋θｐｒｏｊ１/θｅｙｅ）１／２
ここで、θｐｒｏｊ１＝走査方向で、投影された光によって境界づけられた、投影された第１平面角度であり、波面変調器５４のないディスプレイ光学機器４２に対するものである
θｐｒｏｊ２＝走査方向で、投影された光によって境界づけられた、投影された第２平面角度であり、波面変調器５４を伴うディスプレイ光学機器４２に対するものである
θｅｙｅ＝目によって境界づけられて見られた平面角度である
【００４０】
波面変調器５４をディスプレイ光学機器４２に含めることによって、投影された第１平面角度θｐｒｏｊ１は投影された第２平面角度θｐｒｏｊ２にまで増大する。投影及び走査光学機器５６の投影射出瞳を最大化するように波面変調器５４を設計することによって、本発明のスペックル低減係数は最大化される。
【００４１】
スペックル低減係数により本発明の総合的スペックル低減が評価されるが、列イメージ幅９２がディスプレイスクリーン５８を横切って走査されるにつれて、列イメージ幅９２に対してスッペクルがどのように低減されるかを理解することは有用である。
【００４２】
列イメージ幅９２でディスプレイスクリーン５８上の各ピクセルを横切って走査するにつれて、多重スペックルパターンが発生する。それは光波関数Ψｔｏｔａｌ（ｘ，ｔ）が時間と共に変わるからである。即ち、
Ψｔｏｔａｌ（ｘ，ｔ）＝Ψｓｃｒｅｅｎ（ｘ）＋Ψｂｅａｍ（ｘ−ｖｔ）
ここで、Ψｓｃｒｅｅｎ＝静止ディスプレイスクリーン光波関数
Ψｂｅａｍ＝移動ビームを構成する変動光波関数
ｘ＝走査方向に沿ったディスプレイスクリーン５８上の位置
ｖ＝列イメージ幅９２の走査速度
【００４３】
走査動作が速く、１ピクセルを横切るのに１０μｓ未満なので目は多重スペックルパターンの平均を見る。
【００４４】
例示的な１例では、第１、第２、第３及び第４の散乱領域及び２段階波面輪郭によって、多重パターンがどんな風に形成されるかが図７Ａ及び７Ｂに図式的に示される。図７Ａから始まり、初期時間ｔ１におけるディスプレイスクリーン５８上の散乱領域、１５０、１５２、１５４及び１５６が示され、２段階波面輪郭１５８が第１、第２及び第３散乱領域１５０、１５２及び１５４を照射し、２段階波面輪郭１５８が観察者の目で見られる。
【００４５】
観察者の目で見られる光を記述する第１光波関数Ψ（ｔ１）が下式で与えられる。
【００４６】
Ψ（ｔ１）＝Ａ１ｅｉΦ’＋Ａ２ｅｉΦ’’＋Ａ３ｅｉΦ’’’
ここで、Ａ１＝第１散乱領域１５０から拡散反射する光の第１振幅
Ａ２＝第２散乱領域１５２から拡散反射する光の第２振幅
Ａ３＝第３散乱領域１５４から拡散反射する光の第３振幅
Φ’＝第１散乱領域１５０から拡散反射する光の第１位相
Φ’’＝第２散乱領域１５２から拡散反射する光の第２位相
Φ’’’＝第３散乱領域１５４から拡散反射する光の第３位相
【００４７】
例示的例に関して、Φ’＝πラジアン及びΦ’’＝Φ’’’＝０と仮定すると、光波関数Ψ（ｔ１）は下式で与えられる。
【００４８】
Ψ（ｔ１）＝‐Ａ１＋Ａ２＋Ａ３
これは光強度を導き、第１光波関数Ψ（ｔ１）に対する第１光強度Ｉ（ｔ１）は下式で与えられる。
【００４９】
Ｉ(ｔ１)＝Ψ(ｔ１)２＝Ａ１２＋Ａ２２＋Ａ３２‐２Ａ１Ａ２‐２Ａ１Ａ３＋２Ａ２Ａ３
図７Ｂは、その後の時間ｔ２におけるディスプレイスクリーン５８上の２段階波面輪郭１５８を図式的に描写し、そこでは２段階波面輪郭１５８が第２、第３及び第４散乱領域１５２、１５４及び１５６を照射する。
【００５０】
観察者の目で見られる光を記述する第２光は関数Ψ（ｔ２）は下式で与えられる。
【００５１】
Ψ（ｔ２）＝Ａ２ｅｉΦ’’＋Ａ３ｅｉΦ’’’＋Ａ４ｅｉΦ’’’’
ここで、Ａ４＝第３散乱領域１５６から拡散反射する光の第３振幅
Φ’’’’＝第４散乱領域１５６から拡散反射する光の第４振幅
【００５２】
例示的例に関して、Φ’＝πラジアン及びΦ’’’＝Φ’’’’＝０と仮定すると、光波関数Ψ（ｔ２）は下式で与えられる。
【００５３】
Ψ（ｔ２）＝‐Ａ２＋Ａ３＋Ａ４
これは第２光波関数Ψ（ｔ２）に対する、下式で与えられる第２光強度Ｉ（ｔ２）を導く。
【００５４】
Ｉ(ｔ２)＝Ψ(ｔ２)２＝Ａ２２＋Ａ３２＋Ａ４２‐２Ａ２Ａ３‐２Ａ２Ａ４＋２Ａ３Ａ４
【００５５】
初期時間(ｔ１)と、その後の時間(ｔ２)との時間差は観察者の目に対する統合時間より遥かに小さいので、観察者の目は第１及び第２光強度Ｉ(ｔ１)及びＩ(ｔ２)の平均を取る。特に、第１及び第２光強度Ｉ(ｔ１)及びＩ(ｔ２)の比較により、第１光強度Ｉ(ｔ１)の第１交差項(＋２Ａ２Ａ３)が第２光強度Ｉ(ｔ２)の第２交差項(-２Ａ２Ａ３)によって相殺されることが示される。観察者の目で見られるスペックルを低減させるのは交差項のこの相殺である。
【００５６】
本発明の第１代替ディスプレイ光学機器は、反射性光弁の線形配列を用いる。図４及び５を参照すると、そんなシステムはＧＬＶ５０を反射性光弁の線形配列で置き換えるのでシリーレン絞り８０を用いないであろう。第１の代替ディスプレイ光学機器では、第１中継レンズ８２以外の方向へレーザーイルミネーションを反射させることによって特殊な反射性光弁が暗ピクセルを発生させる。第１代替ディスプレイ光学機器では、レーザーイルミネーションを第１中継レンズ８２へ反射させることによって特殊な反射性光弁が明ピクセルを発生させる。
【００５７】
本発明の第２代替ディスプレイ光学機器は、透過性光弁の線形配列を用いる。図４及び５を参照すると、そんなシステムはＧＬＶ５０を透過性光弁の線形配列で置き換えるのでシリーレン絞り８０を用いないであろう。第２の代替ディスプレイ光学機器では、第１中継レンズ８２へレーザーイルミネーションを透過させないことによって特殊な透過性光弁が暗ピクセルを発生させる。第２代替ディスプレイ光学機器では、レーザーイルミネーションを第１中継レンズ８２へ透過させることによって特殊な透過性光弁が明ピクセルを発生させる。
【００５８】
本発明の第３代替ディスプレイ光学機器は、シリーレン光学機器を反射性シリーレン光学機器で置き換える。反射性シリーレン光学機器はオフナー（Offner）リレーを用いるのが望ましい。オフナーリレーは、凸面鏡及び凹面鏡を含む。凸面鏡は矩形スリットを含む。反射された光Ｒ及び、回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１を含む、回折された光は凸面鏡から凹面鏡へ反射する。反射された光Ｒは矩形スリットを通過する。回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１は凸面鏡から凹面鏡へ逆反射する。続いて、凹面鏡は回折次数プラス１及びマイナス１、Ｄ＋１及びＤ‐１を波面変調器５４へ反射する。
【００５９】
代わりの波面変調器が図８に例示される。代替波面変調器５４Ｂは、第１及び第２格子表面、１３６及び１３８、並びに同調（調整）表面１３９から成る。第２格子表面１３８は、ライン１４０を軸にして第１格子表面の鏡像をなす。同調表面１３９は、ディスプレイ光学機器４２（図４、５及び８）の初期整列（調整）のために用いられる平坦な表面から成る。ディスプレイ光学機器４２の初期整列では、代替波面変調器５４Ｂの光学的厚さを明らかにするようにディスプレイ光学機器４２を調整するために列イメージ９０が同調表面１３９に又はその近くに集中される。初期整列後、波面を横切って空間位相の変動を発生させるために第１又は第２格子表面、１３６又は１３８が選択される。このように、第１又は第２格子表面、１３６又は１３８のよりよい像品質（図４、５及び８）を与えるどちらかを選択することによって後続の光学機器の光学的欠点が最小にされる。
【００６０】
好ましい格子形状を有する好ましい波面変調器５４Ａの性能を評価するために２つの試験が行われた。第１試験では、波面変調器は存在しなかった。同試験ではコントラストは４４％であることが分かった。第２試験では、好ましい波面変調器５４Ａが存在した。同試験では、コントラストは２０％であることが分かった。従って、２．２のスペックル低減係数（Ｎ’）が好ましい波面変調器５４Ａによって生じた。
【００６１】
本発明のディスプレイシステム４０に関して本発明は記載されているが、本発明はレーザーによって発生したラインイルミネーションを拡散表面を横切って走査させる任意のレーザー照射されたシステムにおいてレーザースペックルを低減させるのに適している。
【００６２】
添付された請求の範囲によって限定される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく好ましい実施形態に各種の修整がなされ得ることは当業者には容易に分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、先行技術のレーザースペックルを示す装置を例示する。
【図２】
図２は、先行技術の典型的なレーザースペックルパターンの写真である。
【図３】
図３は、本発明のディスプレイ装置を図式的に例示する。
【図４】
図４は、本発明のディスプレイ光学機器系の平面図を例示する。
【図５】
図５A及び５Bは、光軸に沿って展開された本発明のディスプレイ光学機器系の立面図を例示する。
【図６】
図６A、６B及び６Cは本発明の望ましい波面変調器を例示する。
【図７】
図７A及び７Bは、列イメージが本発明のディスプレイスクリーンを横切って走査されるつれて進行する波面を例示する。
【図８】
図８は、本発明の代わりの波面変調器を例示する。