(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）コヒーレンス長を有する光ビームを放射するレーザ光源と、
ｂ）上記光ビームを拡大するビーム拡大器と、
ｃ）空間光変調器と、
ｄ）上記拡大されたレーザビームを整形して上記空間光変調器の均一な照射を供給するビーム整形光学装置とを備え、上記ビーム整形光学装置は、複数のレンズレットにてなるアレーを有するフライズ・アイ・インテグレータを含み、
ｅ）上記光ビームにおいて上記レーザ光源と上記ビーム整形光学装置との間に配置されたディフューザと、
ｆ）上記光ビームの時間的及び空間的な位相を変化させる電気的に制御可能なスペックル除去変調器と、
ｇ）遠隔のスクリーン上に上記空間光変調器の画像を生成する投影レンズとを備え、
上記電気的に制御可能なスペックル除去変調器は、バルク電気光学基板及び一連の変調器部分を備え、上記各変調器部分は、当該変調器部分を通過する光ビームに、制御された位相遅延を付加し、上記スペックル除去変調器によって導入される位相遅延は、上記レーザ光源のコヒーレンス長に対して小さく、上記変調器部分の個数は上記レンズレットの個数に対してはるかに多く、上記スペックル除去変調器は、照射系内の結像される平面のニアフィールド及びファーフィールドのうちの一方に、又はその共役のうちの一方に配置されるディスプレイ装置。
【請求項２】
上記ビーム整形光学装置は一対のフライズ・アイ・レンズレットアレーを含み、上記スペックル除去変調器は、上記空間光変調器が位置する画像平面に対して共役な照射面のファーフィールドに配置されるように、上記フライズ・アイ・レンズレットアレー間に配置された請求項１記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザを光源として用いた投影ディスプレイ装置に関する。特に、本発明は、ディスプレイにおけるコヒーレンスに誘発されたアーチファクト及びスペックルの発現を低減するための手段を有するレーザ投影ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ビデオ画像の表示のための投影ディスプレイシステムは、従来技術において公知である。これらのシステムは、表示スクリーン上に投影される所望の画像を形成するために、適当な光フィルタリングを備えた１つ以上の光バルブ又は空間光変調器に光を照射する白色光源の形式、最も有名なものはキセノンアークランプの形式をとることが可能である。
【０００３】
レーザは、投影ディスプレイのための、アークランプに代わる魅力的な代替の光源として知られている。１つの潜在的な利点は、非常に飽和した色を特色とする、より広い色の範囲にある。レーザ照射は、何らかの空間光変調器と組み合わされたときに改善された効率とより強いコントラストとを提供する、簡単で低コストの効率的な光学システムに対する可能性をもたらす。投影ディスプレイに係るレーザの１つの不都合な点は、可視波長において十分なパワーを有する費用効果の高いレーザ源が、歴史的に欠如していることにある。しかしながら、そのようなレーザは（未だに高コストであるとしても）、現在、イェノプティク（JenOptik）及びルメラ・レーザ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング（Lumera Laser, GmbH）によって製造され、当該レーザは、赤と緑と青の光を同時に発生する光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を特色とする非線形光学システムをそれぞれ備えた、モードロック型ダイオード励起固体レーザである。このシステムは、１９９８年１０月２７日に発行された特許文献１と２００１年５月１５日に発行された特許文献２においてワレンスタイン（Wallenstein）によって開示され、２００１年５月１５日に発行された特許文献３においてネイベル（Nebel）によって開示されている。１９９８年４月１４日に発行された特許文献４においてモウルトン（Moulton）によって開示されたもう１つの例は、Ｑ−ピーク（Q-Peak）によって開発され、赤と緑と青の光を同時に発生するＯＰＯシステムを備えた、ＱスイッチドＤＰＳＳレーザ（Q-switched DPSS Laser）である。
【０００４】
空間光変調器は、レーザディスプレイシステムを可能にするもう１つの構成要素を提供する。２次元空間光変調器の例は、ジェーブイシー（JVC）、スリー−ファイブ（Three-Five）、オーロラ（Aurora）、及びフィリップス（Philips）から利用可能な液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）変調器のような反射型液晶変調器と、テキサス・インスツルメンツ（Texas Instruments）から利用可能なデジタル・ライト・プロセシング（ＤＬＰ）チップのようなマイクロミラー・アレーとである。１次元アレーとラスタースキャンされるシステムとに対する２次元変調器の利点は、必要な走査が存在しないことと、変調器アレーにおける不均一性に起因する縞状のアーチファクトが存在しないことと、フレームのリフレッシュレートよりも非常に高い周波数（＞１２０Ｈｚ）でのレーザノイズに対する耐性とにある。２次元空間光変調器の別の利点は、照射するビームの空間的コヒーレンスの低下に対する広い許容性にある。一方、いくつかの価値ある変調器技術で、高いフィルファクタの１次元デバイスを容易に製造することができのに対して、２次元構成では非常に制限されている。１次元又はリニアの空間光変調器の例は、シリコン・ライト・マシーンズ（Silicon Light Machines）によって製造され、１９９４年５月１０日にブルーム（Bloom）他に対して発行された特許文献５に記述されたグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）と、２００１年１０月２３日にコヴァーツ（Kowarz）に対して発行された特許文献６に記述された共焦点グレーティング変調器と、２０００年７月４日にラマヌジャン（Ramanujan）他に対して発行された特許文献７に記述された電気光学反射グレーティング変調器とを含む。
【０００５】
高いパワーの可視のレーザは、投影システムの設計のために、拡張された光の範囲と簡単化された光学設計との可能性を含む新たな機会を提供するが、レーザ光は、他の点では、空間光変調器を備えた画像投影システムに用いるためには最適ではない。特に、レーザは、非常に小さな光学的な量（optical volume）（エタンデュ（etendue）又はラグランジュ（lagrange））内で一般的にコヒーレントな光を放出する、非常に明るい光源である。エタンデュは、焦点のスポットの面積と、焦点におけるビームの立体角との積である。ラグランジュは、焦点のスポットの半径と開口数との積である。例えば、回折限界ビームを用いた単一モードの緑の波長のレーザは約０．３μｍのラグランジュを有し、これは、アークランプのような従来型の白色光ランプの光源に対するラグランジュよりも約１５０００倍だけ小さい。そのような小さなラグランジュを備えたことによって、レーザは、厳密に制御されたビームが望ましいフライングスポットプリンタやレーザ光線ショーのためのものを含む、ラスター走査システムにおいて非常に効果的に使用可能である。
【０００６】
一方、フィルム又は空間光変調器のような画像生成媒体の画像がスクリーン又は目標平面に対して結像される画像投影システムにおいて、レーザの高いコヒーレンスと小さなラグランジュとは根本的に望ましくない。そのような画像生成システムにおいて、ラグランジュは、集光レンズの開口数を乗算された、投影される領域の直線サイズ（linear size）（空間光変調器のサイズ）によって決定される。関連した量であるエタンデュも同様に計算される。多くの白色光投影システムにおいて、投影レンズは、可能なかぎり多くの光を集光するように、かなりの大口径（fast）（例えばｆ／３）である。たとえそうであっても、典型的な白色光ランプの光源は、光バルブと投影レンズの両方でオーバーフィルし（すなわち、光の量があふれ）、かなりの量の光が失われる。例えば、一般的な０．９”の対角光バルブとｆ／３の投影レンズとを用いた代表的システムにおいて、最適な光源は、オーバーフィルすることのない適正な充填を提供するような、ほぼ２．０ｍｍのラグランジュを有している。しかしながら、２乃至１０ｍｍの典型的なラグランジュを備えた標準的な白色光ランプは十分に明るくはなく、一般に、この代表的システムでオーバーフィルしてしまう。
【０００７】
（ラスタースキャニングに対比して）画像領域の投影を用いたレーザディスプレイシステムの場合には、レーザが明るすぎるという、逆の問題が生じる。さらに、表示される画像に重なることがある縞のような、干渉の効果に対する潜在的な可能性が存在するので、コヒーレントな光源で空間光変調器を照射することは望ましくない。液晶パネルのグリッド電極パターン、中心に不連続な部分を備えたＸキューブ、あるいは光学素子上の任意のごみ又は欠陥を、高度にコヒーレントな光のビームで照射することによって、回折のアーチファクトが発生しうる。ゆえに、そのようなレーザ投影システムに対しては、光源の明るさを低下させること（又は光源のラグランジュを増大させること）が必要である。
【０００８】
光源の明るさに係る画成された低下はまた、重要な機会を提供する。投影ディスプレイの光学システムは、解像度とシステムの光効率とシステムの簡単さに係るシステムの必要条件を最適化し、かつバランスさせるように設計されることが可能である。システムのｆ数をシステムの光効率以外の基準に基づいて画成することによって、投影レンズ、カラーフィルタ、偏光光学装置のような他のシステム構成要素についての仕様を緩和し、何らかのランプに基づく投影システムと比較してシステムのコストを劇的に低下させることができる。
【０００９】
レーザ光源は、投影ディスプレイの照射及び画像生成システムにおける使用のために最適化可能である一方で、結果として、対処されるべきスペックルに係る大きな不利益が存在する。スペックルは、ほとんどのレーザ光源に固有の（空間的及び時間的の両方の）高度なコヒーレンスに起因して発生する。スペックルは画像中のノイズ成分を生じ、それは、画像の実際の鮮明さを低下させかつ見る人の邪魔になる粒状構造として現われる。このように、スペックルの問題は、適当なレーザ光源が歴史的に欠如していたことと同様に、市場性のあるレーザに基づいたディスプレイシステムの開発を阻んできた。
【００１０】
スペックルを減少させることを試みる方法において、従来技術は豊富に存在している。１つの一般的なアプローチは、レーザ光源の線幅を広げることによって時間的なコヒーレンスを低下させることである。時間的なコヒーレンスを低下させることに対する他のアプローチは、照射する波面を複数のビームレット（beamlet；又は小ビーム）に分割し、それらをレーザのコヒーレンス時間よりも長い時間で互いに遅延させることである。例えば、１９９３年６月２９日にラスムセン（Rasmussen）他に対して発行された特許文献８を参照せよ。スクリーンを振動させるか又は動的に変更させることによってスペックルのパターンを動的に変化させることは、スペックルのパターンの視認性を低下させるもう１つの方法である。例えば、１９９３年１２月２１日にトンプソン（Thompson）他に対して発行された特許文献９を参照せよ。もう１つのスペックルを低下させるためのアプローチは、１９７１年６月２８日にマシセン（Mathisen）に対して発行された特許文献１０に記載されたように、レーザ光をマルチモード光ファイバに結合してファイバを振動させることで、モードスクランブルを発生させることを含む。
【００１１】
スペックルを除去する解決法に係るもう１つの族は、投影システムの内部で動かされるか振動させられる散乱素子を用いている。典型的には、これは、１９７７年７月１２日にローソン（Rawson）に対して発行された特許文献１１に開示されているように、中間の画像平面において実行される。このアプローチの１つの欠点は、散乱が正確に画像平面において生じなければならず、そうでないと画像の軟化が生じるということにある。また、投影レンズは、中間の画像平面を提供するという必要条件によって複雑化する。装置の照射経路においてレーザビームを動的に散乱することによってスペックルのパターンを動的に変化させる手段が好ましいであろう。このアプローチを利用したホログラフ照射システムが、１９７０年１月２０日に発行された特許文献１２においてヴァンリグテン（vanLigten）によって開示され、これにおいては、ディフューザがビーム拡大器（beam expander）の焦点において回転される。フローレンス（Florence）は、１９９４年５月１７日に発行された特許文献１３において、回転するディフューザを介して光バルブを照射することを開示している。これらのアプローチは、矩形の空間光変調器に係る均一に有効な照射に対して適用可能でないという不利益を有する。バターワース（Butterworth）他は、１９９９年１２月２１日に発行された特許文献１４で、光導波路ホモジェナイザの照射において、可変な厚さを有するプレートが回転されるシステムを開示している。しかしながら、レーザとともに用いられたとき、光導波路ホモジェナイザは、十分な均一性を達成するために大きな開口数又は十分な長さのいずれかを必要とし、かつ設計の自由度が少ないためにフライズ・アイ（fly's eye）の光学装置を用いて設計されたシステムほどは制御が効かない。ゆえに、コンパクトなシステムにおいて、均一な照射を生成すると同時に照射の明るさを制御することはより困難になる。
【００１２】
最後に、２００１年１１月２７日に発行された特許文献１５においてトリスナディ（Trisnadi）によって開示されたレーザ投影システムは、画像生成するビームにわたる構造化された位相プロファイルを伝達するために波面位相変調器が使用される設計を説明している。画像データは、リニアＧＬＶ型の空間光変調器によってビームに伝達される。この変調器は、波面変調器が位置する中間の平面に対して結像され、次いで、この中間の画像はスクリーンに対して再び結像され、ここで、上記画像はガルバノメータの動きを介して全体的に走査される。このシステムは、波面変調器によって提供される静的な位相プロファイルが、狭い（走査の）方向における線状画像に伝達されるという事実に基づいている。いかなる瞬間においても、スクリーン上の単一の点は、位相プロファイル上の単一の点によって照射される。スクリーン上の単一の点における合計の強度は、すべての位相の“非干渉性”の和である。さらに、波面変調器の位相プロファイルは、高低の位相ステップからの干渉の効果が一般に互いに相殺するようになっていなければならない。特許文献１５のシステムは、ある程度のスペックルの低減をもたらすが、波面変調器が、照射システム内よりもむしろ画像生成システム内の中間の画像平面に配置されているという事実は、画像品質に実質的に影響しないという制約によって位相の変化が制限されているので、システムの性能を低下させる。また、前述の波面変調器は、受動的な空間的に可変の位相グレーティングとして構成された静的なデバイスであるので、それは能動的なデバイスよりも少ない制御と位相の変動とを提供し、従って、スペックルの低減は小さくなる可能性がある。
【００１３】
画像プロジェクタ中でレーザを光源として用いることのもう１つの不利益は、干渉に対する感度と、光バルブにおける回折のアーチファクトの発生とにある。このことは、フィルム層の非均一性に起因して薄膜構造が画像中の縞を結果的に発生させることがある液晶変調器において特にあてはまる。回折のアーチファクトは、光変調器におけるグリッド電極パターンを高度にコヒーレントな光のビームで照射することから生じる。
【００１４】
ゆえに、空間光変調器を使用し、照射の明るさを制御してシステムの設計を最適化することを可能にし、低減されたスペックルを提示し、空間光変調器におけるコヒーレンスのアーチファクトを除去する一方で、高いスループット効率を提示する、レーザに基づいたディスプレイシステムに対する必要性が存在する。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第５，８２８，４２４号の明細書。
【特許文献２】
米国特許第６，２３３，０２５号の明細書。
【特許文献３】
米国特許第６，２３３，０８９号の明細書。
【特許文献４】
米国特許第５，７４０，１９０号の明細書。
【特許文献５】
米国特許第５，３１１，３６０号の明細書。
【特許文献６】
米国特許第６，３０７，６６３号の明細書。
【特許文献７】
米国特許第６，０８４，６２６号の明細書。
【特許文献８】
米国特許第５，２２４，２００号の明細書。
【特許文献９】
米国特許第５，２７２，４７３号の明細書。
【特許文献１０】
米国特許第３，５８８，２１７号の明細書。
【特許文献１１】
米国特許第４，０３５，０６８号の明細書。
【特許文献１２】
米国特許第３，４９０，８２７号の明細書。
【特許文献１３】
米国特許第５，３１３，４７９号の明細書。
【特許文献１４】
米国特許第６，００５，７２２号の明細書。
【特許文献１５】
米国特許第６，３２３，９８４号の明細書。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この必要性は、本発明に従って、コヒーレンス長を有する光ビームを放射するレーザ光源と、上記光ビームを拡大するビーム拡大器と、空間光変調器と、上記拡大されたレーザビームを整形して上記空間光変調器の均一な照射を供給するビーム整形光学装置とを備え、上記ビーム整形光学装置は、複数のレンズレットにてなるアレーを有するフライズ・アイ・インテグレータを含み、上記光ビームにおいて上記レーザ光源と上記ビーム整形光学装置との間に配置されたディフューザと、上記光ビームの時間的及び空間的な位相を変化させる電気的に制御可能なスペックル除去（de-speckling）変調器と、遠隔のスクリーン上に上記空間光変調器の画像を生成する投影レンズとを備えたディスプレイ装置を提供することによって満たされる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１の斜視図には、本発明の一実施形態に係るレーザディスプレイシステム１００が示され、上記レーザディスプレイシステム１００は、所望の波長のレーザビーム１１５を、連続式か又はパルス式かのいずれかで放射するレーザ１１０を含んでいる。レーザ１１０は、例えば固体レーザ、ファイバレーザ、ガスレーザ又は半導体レーザであることが可能である。レーザ１１０は好適には、光の赤外線パルスを放射するレーザ結晶（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４又はＹｂ：ＹＡＧ）を含むダイオードレーザ励起の固体レーザであって、レーザ結晶からの光の赤外線パルスを、光の赤と緑と青のパルスに変換する非線形光学装置（典型的には光パラメトリック発振器（ＯＰＯ））を含む。レーザ１１０に適当なモードロック型ＲＧＢレーザは、ルメラ・レーザ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング及びイェノプティクで製造されている。他の適当なレーザは、Ｑ−ピークによって開発された、ＱスイッチドＲＧＢレーザである。簡単化のため、本レーザディスプレイシステム１００は１つの波長のみに関して説明されている。これらのレーザは一般に、適度のレーザ線幅（＜１．５ｎｍ）と小さい光源のラグランジュ値（＜０．５μｍ）と適度に長いコヒーレンス長ＣＬ（０．１乃至１０．０ｍｍ）とを有する、高品質の単一モードビームを発生する。図２ａにおいて、レーザディスプレイシステム１００は、図１の斜視図では示しにくい設計に係るいくつかの態様を明らかにするように断面図で示されている。
【００１８】
ビーム拡大光学装置１２０はレーザビームを拡大して、ビーム整形光学装置１７０の開口部を充填するのに十分な公称の直径を有する平行化されたビーム１４５を生成する。光学の当業者には公知であるように、ビーム拡大光学装置１２０は、例えば無限焦点のレンズ対であることが可能である。それに代わって、例えば、３枚の素子の、ズーム式のガリレイ式又はケプラー式のビーム拡大器が使用可能である。無限焦点対のビーム拡大光学装置１２０は、発散レンズ１２５と、コリメートレンズ１４０とを備えている。発散レンズ１２５は単一のレンズであるか、又は顕微鏡の対物レンズのような複合レンズであることが可能であり、光ビーム１１５を発散ビーム１３０に変換する。コリメートレンズ１４０は単一のレンズ又は複合レンズであることが可能であり、発散ビーム１３０を平行化されたビーム１４５に変換する。この平行化されたビーム１４５はディフューザ１５０及び電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０と相互作用し、次いでさらにビーム整形光学装置１７０によって変化させられる。
【００１９】
図１及び図２ａのレーザディスプレイシステムは、ｘ方向に長くｙ方向に狭いリニア空間光変調器２００を使用するので、ビーム拡大光学装置１２０及びビーム整形光学装置１７０はアナモルフィックに構成され、一般に、適正な配置の複数の円柱レンズを使用する。特に、典型的には、リニア空間光変調器２００を、均一な、テレセントリックに入射する光の長く狭い線で投光照射（flood illuminate）することが望ましい。例えば、照射する光ビームは、アレー（ｘ）方向へ２５乃至７５ｍｍだけ延在する均一な光プロファイルを有する場合があるのに対して、アレーに交差する方向の狭い光は、典型的には均一又はガウス型のいずれかのビームプロファイルで、２０乃至１００μｍの幅のみを照射する。図１の簡単化された場合のレーザディスプレイシステムでは、リニア空間光変調器２００上に光のビームを集光させる、又は光のビームの焦点を合わせる交差アレー光学装置が、簡単化のために単一のレンズの交差アレーコンデンサ１９５として示されている。
【００２０】
従って、図１のシステムにおいてレーザ投影ディスプレイがリニア空間光変調器２００を使用する場合、ビーム拡大光学装置１２０はアレー方向のみに動作し、よってこれはアナモルフィックであり、リニア光バルブの方向（ｘ方向）にビームを拡大する。この場合は、ビーム整形光学装置１８０もアナモルフィック（円筒形の断面）であり、光のパワーはｘ方向に存在し、ｙ方向においては（交差アレーコンデンサ１９５を除いて）平面状である。ビーム整形光学装置１８０は、フライズ・アイ・インテグレータ１７５を含んでいる。フライズ・アイ・インテグレータ１７５は、リニア空間光変調器２００の領域上に効率的かつ均一な照射を供給する。フライズ・アイ・インテグレータ１７５は、典型的には同一である第１のレンズレットアレー１７８ａと第２のレンズレットアレー１７８ｂとを含んでいる。第１及び第２のレンズレットアレー１７８ａ及び１７８ｂは、１次元のパターンで配列された、円筒面を有する複数のレンズレットを含んでいる。第２のレンズレットアレー１７８ｂは、第１のレンズレットアレー１７８ａからほぼ第１のレンズレットアレー１７８ａ上のレンズレットの焦点距離分の長さで離隔されているため、第１のレンズレットアレー１７８ａにおける各レンズレットは第２のレンズレットアレー１７８ｂにおける対応するレンズレットへと光を集束させる。第１及び第２のレンズレットアレー１７８ａ及び１７８ｂは異なっているが所望の照射を供給するように整合された他の設計も可能である。
【００２１】
それに代わって、第１及び第２のレンズレットアレー１７８ａ及び１７８ｂは、ガラス又はプラスチックにてなる単一のブロックに統合化可能である。また、特に、小さい散乱角が使用される場合には、本発明は第２のレンズレットアレー１７８ｂを使用せずに達成可能である。
【００２２】
ビーム整形光学装置１８０はまた、フライズ・アイ・インテグレータ１７５の後に配置された、コンデンサレンズ１８５及び視野レンズ１９０を含んでいる。第２のレンズレットアレー１７８ｂは、コンデンサレンズ１８５と協働して第１のレンズレットアレー１７８ａの複数のレンズレットを互いに重複する方式で結像させ、リニア空間光変調器２００において所定範囲の均一な照射を供給する。視野レンズ１９０は、リニア空間光変調器２００のテレセントリックな照射を供給することで、焦点ぼけ誤差に対するシステムの感度を低下させ、かつ照射の合計の開口数を最小化する。視野レンズ１９０は、公称で、照射画像の倍率が乗算されたレンズレットの焦点距離に等しい焦点距離を有している。視野レンズ１９０とコンデンサレンズ１８５との間隔も同様に、照射をテレセントリックにするために一般にコンデンサレンズ１８５の焦点距離に等しい必要がある。レンズレットアレー及びコンデンサレンズ１８５の焦点距離は、典型的には、光学機械的構造を相対的に容易に設計できるような、リニア空間光変調器２００の付近の十分な動作距離を提供するように選択される。個別のレンズレットは、幅１００μｍほどの小さいものであるか、又は８ｍｍまでの幅の大きさのものであってもよく、個別のレンズレットは典型的には幅１乃至５ｍｍである。利用可能なレンズレットのサイズの範囲は、使用される製造技術に依存する。
【００２３】
リニア空間光変調器２００は、任意の瞬間に、画像のうちの単一の線２２０を生成する。ガルバノメータミラー２１０、スピンするポリゴン、又は回転するプリズムのようなスキャナは、スクリーンにわたって画像の線を掃引し、スクリーン２１５上に２次元の領域画像２２５を形成する。図１及び図２ａに示されたレーザディスプレイシステム１００の場合、本システムは、投影レンズ２０５がガルバノメータミラー２１０に先行して配置された、ポスト対物（post-objective）スキャナとして構成されている。一例として、仮にリニア空間光変調器２００が４０ｍｍの長さの動作領域を有し、かつスクリーン２１５上の所望の画像サイズが幅３０フィートであるとすると、投影レンズ２０５は〜２３０ｘの倍率で動作することになる。
【００２４】
リニア空間光変調器２００には、様々な異なる技術が使用可能である。図１及び図２ａで極度に簡単化して示されているように、このデバイスは、光を何らかの方法で変調することによって画像データを光ビーム中に符号化するトランスミッシブ変調器（送信変調器）である。このデバイスは、例えば、入射光の偏光を画素毎の基準で回転させる、ＰＬＺＴから作られた電気光学変調器アレーであることも可能である。この場合、偏光ビームスプリッティングプリズム（図示せず。）は、光ビームの変調された部分と変調されていない部分とを分離するためにリニア空間光変調器２００とガルバノメータミラー２１０との間のどこかに配置される。それに代わって、リニア空間光変調器２００は、１９９４年５月３日にグロス（Gross）に対して発行された米国特許第５，３０９，１７８号の明細書で議論されているデバイスとよく似たトランスミッシブ音響光学アレーデバイス（送信音響光学アレーデバイス）であってもよく、このデバイスは、位相プロファイルを画素毎の基準で入射ビームに伝達する。この場合は、空間フィルタ（図示せず。）を投影レンズ２０５内部のフーリエ面に配置することによって、シュリーレン型の光学システムを構成することができる。また、１９９４年５月１０日にブルーム他に対して発行された米国特許第５，３１１，３６０号の明細書（特許文献５）に記述されたグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）と、２００１年１０月２３日にコヴァーツに対して発行された米国特許第６，３０７，６６３号の明細書（特許文献６）に記述された共焦点グレーティング変調器と、２０００年７月４日にラマヌジャン他に対して発行された米国特許第６，０８４，６２６号の明細書（特許文献７）に記述された電気光学グレーティングとのような、反射グレーティング変調器アレーを使用することもできる。これらの場合には、レーザ投影ディスプレイ１００はまた、光ビームを変調器に向かって偏向させ、かつ反射されたビームをシステムへと戻すように変形される必要がある（図１及び図２ａにはこのような変形は示されていないが、これらは光学システム設計の分野では一般的な技術の範囲内である）。
【００２５】
レーザ１１０とビーム整形光学装置１８０の間には、投影システムの結像の必要条件に適合するようにレーザ光の明るさ又はエタンデュを変更するためのディフューザ１５０が配置されている。リニア空間光変調器２００を有する図１及び図２ａのレーザディスプレイシステム１００の場合、ディフューザ１５０もまた公称では１次元である。すなわちディフューザ１５０は、光バルブアレーの長手方向（図面ではｘ方向）に沿ってのみ光を散乱させ、ｙ方向のビームは公称では変更されないままにする。この１次元のディフューザ１５０は、ちょうど光バルブを有効に照射するのに十分なだけの散乱を生成し、画像にフレア光を導入するほどの散乱を生成することはない。例示的な１次元のディフューザは、メムスオプティカル（MEMS Optical）から利用可能な回折ライン発生器と、フィジカル・オプティクス・コーポレーション（Physical Optics Corp.）から利用可能な楕円ホログラフィックディフューザとを含む。
【００２６】
特に、ディフューザ１５０は、レーザ投影ディスプレイ１００の照射光学システム内で、光源の明るさを低下させる（ラグランジュを増大する）ために使用されている。それに応じて、ディフューザの角度θＤ及びディフューザ１５０の位置は選択される。システムのラグランジュは、ディフューザ１５０上の照射ビームプロファイルの幅の半分と、ディフューザ１５０によって散乱される光の角度の半分との積によって決定される。所望のシステムのラグランジュは、特定される画像の解像度から推測されることが可能であり、画像の解像度はリニア空間光変調器２００の解像度と投影レンズ２０５の結像特性とに依存する。比較として、典型的なランプに基づくプロジェクタでは、システムのラグランジュはシステムの光効率を最大化させる必要性によって決定される。その結果、レーザディスプレイの投影レンズは、ｆ数を、従来技術のランプに基づくシステムに必要なｆ／３の代わりに、ｆ／７乃至ｆ／１５の範囲で有することが可能である。レンズのｆ数に対する実際の設計目標は、レンズの品質を決定するために指定される結像基準に依存する（例えば、レイリー又はスパローの結像基準が適用可能である）。
【００２７】
一例として、長さ４０ｍｍのリニア空間光変調器２００とｆ／１０の投影レンズ２０５との組み合せは、Ｘ方向に〜１．０ｍｍで、投影システムの目標ラグランジュを特定する。この例では、ディフューザ１５０は半分の角度θＤ＝５．０゜を有することが可能であり、２２ｍｍの直径を有する平行化されたビームによって照射されるように照射システム内に配置されることが可能である。この例では、レーザ光のラグランジュは〜０．３μｍから〜１．０ｍｍにまで弱められ、介在する光学システムが適正な倍率及びレンズ構成を有するものと仮定すれば、リニア空間光変調器２００にスペキュラ（specular）のｆ／１０ビームを供給することができる。従って、適正なディフューザ１５０の選択を介して、効果的なレーザ光源のラグランジュ又は明るさを光学システムの必要性に応じて画成することが可能であり、これにより、伝統的なランプに基づくシステムに比べてシステムの光効率を増大させ、光学的な設計を簡単化することができる。
【００２８】
ディフューザ１５０は実際にレーザ光のコヒーレンスをある程度は低減させるが、レーザ光は、出力されるビームにスペックルを与えるのに十分なだけコヒーレントのままである。このスペックルがさらに低減されなければ、これは、リニア空間光変調器２００及びスクリーン２１５の両方で、光の強度における望ましくないランダムな変動として存在することになる。しかしながら、主としてリニア空間光変調器２００に均一な照射を供給するフライズ・アイ・インテグレータ１７５はまた、スペックル除去及びアーチファクト除去に与えるディフューザ１５０の効果を増大させる。これは、ディフューザ１５０からの多数の寄与をリニア空間光変調器２００上で重複させることによって、従ってスクリーン２１５上の画像において重複させることによって実現する。リニア空間光変調器２００及びスクリーン２１５において結果的に生じる照射光内のスペックルは、フライズ・アイ・インテグレータ１７５をもたない同様のシステムに比べるとサイズ及び大きさの面では大幅に低減されるが、重大なアプリケーションではこのスペックルの残存量でも依然好ましくない場合がある。スクリーンに対する非常に高い倍率と、高いゲインのスクリーンと、人の視力の限界近くでスクリーンを見る観察者とが組み合わされているときの投影ディスプレイは、そのような重大なアプリケーションに相当する。
【００２９】
本発明の主たる目的は、ピクセル化（pixilate）された光学システムの出力のスペックルを除去するために内部手段の組み合わせを用いるレーザ投影ディスプレイを提供することにある。こうしたシステムにおけるスペックルは、隣接する画素又は画素のグループが、空間的にも、あるいは時間的にも、互いに完全には同位相ではない場合に低減されることが可能である。図５ａには、複数の画素のグループにわたって伸長しかつスペックルを呈示する場合のある、局所的に均一な位相プロファイルが示されている。本発明は、図５ａに示された位相プロファイルを光ビームの広がりにわたって変化させる手段（電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を含む）を使用することで、それは、図５ｂに示されたプロファイルにより精密に類似したものとなる。図５ｂはよりランダムな位相プロファイルを示し、ここでは、任意の与えられた瞬間において、ｘ方向に沿った隣接領域が異なる位相プロファイルの光を受けている。また、例えば隣接する変調器部分（modulator site）間のクロストークから生じることがある、図５ｃに示されたような周期的又は準周期的なプロファイルをもたらす幾何学的形状もまた同様に効果的である。周期的又は準周期的な位相プロファイルはスペックルを低減させるが、こうした周期的位相構造によって他の望ましくないアーチファクトがもたらされる可能性がある。このため、本発明に係る好適な動作モードは、図５ｂに示されたような位相プロファイルを生成するものである。本発明のある好適な実施形態では、レーザ投影ディスプレイ１００は、一連の変調器部分を有する、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を含み、上記一連の変調器部分は、局所化されたランダムな位相変化を入射光に提供するための制御信号を受信し、これにより、システムによって表示される画像におけるスペックルの視認性を低減させることを促進する。本光学システムにおける空間光変調器の画素と、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の変調器部分との間に１対１の対応が存在する必要はないということに注意する必要がある。実際に、本光学システムはピクセル化されている必要はまったくなく、例えば、画像変調のためにフィルムのようなアナログ媒体を使用することも可能である。
【００３０】
本発明のレーザディスプレイ１００に使用される電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、光ビーム内に十分な位相変動を提供するため、当該変調器が適切な光学システムと併せて使用されるとき、ビューワ又はビューイングシステムはスペックルが低減された画像を受け取る。複数の変調器部分を独立して電気的にアドレス指定することにより、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０における各変調器部分は、隣接した変調器部分に関して、光ビームに位相遅延を導入することができる。各変調器部分（又は複数の変調器部分のグループ）には異なる電圧が印加されるか又は異なる継続時間の電圧が印加されるので、光が数波長分だけ伝搬するときの位相遅延に対応する位相遅延が生じる。位相プロファイルに対するこの変動は、スペックルの発現を大幅に低減させる。摂動された位相面を空間的に提供する電圧分布を選び出し、かつそれを時間的に変化させることにより、空間的及び時間的の両方の位相変動が光ビームへと導入される。
【００３１】
電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、その制御可能な空間的に変動するランダムな位相プロファイルがスペックルの低減へと移行（translate）する方法で、レーザ投影ディスプレイの光学システムに包含される。電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、コヒーレンスの低減を介して、又は光ビームにおける位相の空間的及び／又は時間的なランダム化を介してスペックルを低減させる。電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を光学システムへ包含すると、光が通って進行する媒体における屈折率のプロファイルを変化させることによって、光ビームの位相プロファイルを効果的にスクランブルさせるようになる。
【００３２】
図３を参照すると、本発明のレーザ投影ディスプレイにおいて使用可能なタイプの電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の第１の実施例が示されている。この電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、アドレス指定が可能な複数の変調器部分の集合物を含むパターン化されたデバイスであり、上記複数の変調器部分は、信号、又は個別の変調器部分に供給されるデータに従って、隣接画素に関して、制御された時間又は位相の遅延を発生する。ラマヌジャン他により２００１年８月８日に出願され、ともに譲渡された同時係属中の米国特許出願シリアル番号第０９／９２４，６１９号の明細書は、スペックル除去変調器の設計及び動作についてここに示されたものより詳しく説明している。
【００３３】
電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、一連の個別の変調器部分３５０，３５５，３６０などを有するバルク電気光学基板３７０を備えている。各変調器部分３５０は遅延領域３８０を有し、光のビーム３２０は、上記遅延領域３８０を通って、上部電極３８５と下部電極４００との間に印加される電界に関連して時間又は位相の遅延に遭遇する。光のビーム３２０は、入力ファセット３４０を介してバルク電気光学基板３７０に入射し、その後は変調器を横断して出力ファセット３４５から出射する。
【００３４】
電気的に制御可能なスペックル除去変調器を製造するための電気光学材料の選択肢は数多く存在するが、その中にはニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム及びＰＬＺＴが含まれている。簡単化を図るため、電気的に制御可能なスペックル除去変調器のためのパラメータに関する以後の議論の中心は、主として６３３ｎｍで照射されるタンタル酸リチウムを使用することにおくが、その幾何学的形状が様々な材料及び照射波長に適用可能であるという点は理解される必要がある。異なる材料が使用される場合は、正しい軸が使用されていることを保証するように配慮しなければならない。例えば、こうしたデバイスの設計にＰＬＺＴを使用すると、電気光学係数が大きいために、変調器部分に沿って数桁のオーダーで大きい位相遅延を発生させることが可能である。しかしながら、結晶は、印加される電界が結晶の適正な軸を介して光場（optical field）と相互作用するように向き付けられる必要がある。
【００３５】
タンタル酸リチウムの場合、ここで表示されている幾何学的形状はｙカットで図示され、これは、光がｙ方向に沿って伝搬し、電界がｚ方向に沿って印加されることを意味する。最良の結果を得るために、変調器を介して進行する光はｘ方向（横方向）に沿って偏光される。電気的に制御可能なスペックル除去変調器についての議論のために、結晶軸と伝搬軸とが混同されないように光の伝搬方向をｃ軸と呼ぶ。（注意：図３、図４及び図６は、電気光学結晶のための標準的な座標系を使用しているのに対して、図１、図２、図８、図９及び図１０は、光がｚ軸に沿って伝搬する、典型的な光学の座標系を使用している。）結晶の他のカット及び幾何学的形状も使用可能であるが、この第１の実施例ではｙカットが最適である。
【００３６】
図４は、光のビーム３２０が変調器のｙ軸に沿って伝搬している状態の、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の断面図を示している。変調器の入力ファセット及び出力ファセットは、反射防止コーティングがされていれば効果的であるといえる。さらに、本デバイスは位相面を効果的に摂動するので、変調器への入射光は様々な光源から同時に到来することが可能であるということは認識されている必要がある。電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、いくつかの波長及び角度範囲で同時に動作することができる。
【００３７】
単一の変調器部分は、上部電極３８５と下部電極４００との間の領域として定義されることが可能である。光線は、図３のｘ方向に沿って画成されているように、上部電極３８５と下部電極４００との間を結晶に沿って伝搬する。この領域を通過する光は、次式で定義される位相変化Δφを取得する。
【００３８】
【数１】
Δφ＝（π／λ）ｎ３ｒ３３ｌＶ／ｄ
【００３９】
数１で分かるように、位相変化Δφは、印加される電圧Ｖと、伝搬の長さｌと、電極間の距離ｄと、光の波長λと、屈折率ｎと、ｙカットのタンタル酸リチウムのｒ３３係数との関数である。５ｍｍから５０ｍｍまでの伝搬の長さと５００μｍの厚さと赤のスペクトルにおける照射波長とのような妥当な製造パラメータを所与とすると、０Ｖと１６０Ｖの間の動作電圧に対して、数波長分の位相遅延を発生させることができる。当然のことながら、入力パラメータはすべて、与えられたチャンネル又は変調器部分に沿った多少の遅延を発生するように変更されることが可能である。遅延はすべて、波の距離又は波数によって表されてきた。これは、遅延を、媒体内での光の伝搬速度で除算された遅延距離によって与えられる時間遅延として議論することと等価である。
【００４０】
再び図３を参照すると、複数の変調器部分３５０，３５５，３６０は、図４の断面図に示されたもののようないくつかの領域によって画成されている。上部電極３８５及び下部電極４００は、各変調器部分を画成している。製造時には、デバイスの上部と下部の両方をパターン化する方法に対して、デバイスの片側に共通のパターン化されていない電極を有することが有益である場合がある。これにより、デバイスの片側の電極に印加される差動電圧を用いた変調が可能となる。本スペックル除去変調器は、本デバイスが一連の変調器部分で構成され、上記変調器部分が、パターン化された電極構造体によってアドレス指定され、かつ予め決められて印加される制御信号に個別に応答するか又はグループで応答することができるという意味において、電気的制御が可能である。各変調器部分は、異なる印加電圧、異なるアドレス時間、又はこれらの組み合わせの手段を用いて独立して動作されることが可能である。電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、アナログ電圧で駆動される変調器、パルス幅変調されるデバイス、又はこれらの組み合わせのいずれかとして使用可能である。スペックル除去変調器に印加される制御信号はまた、スペックルの視認性又はコントラストの低減をモニタするフィードバックループから導出され、次いでスペックルの大きさを維持するか又はさらに低減させるべく信号を駆動するように調整されることが可能である。ｘ方向に沿った任意の与えられた電極の幅は、波長以下の幅から文字通りのミリ単位の幅までのいずれであってもよい。
【００４１】
上部電極と下部電極の極性の周期的切り替え、又はブランキングパルスの導入が、有用なことがある。こうした２極性の動作は、バルク電気光学基板３７０における空間電荷の消散を可能にする。さらに、動作電圧は非常に高くなる可能性があり、かつ光場は十分には閉じ込められないことがあるので、電極は、バッファ層４０５（図４を参照）として作用するような電極の下のＳｉＯ２のような材料とともにパターン化されることが可能である。また、空気中のアーク放電を防止するために、アクリル樹脂又は他の絶縁材料にてなる保護膜４１０が形成されていてもよい。
【００４２】
図３及び図４の電気的に制御可能な電気光学スペックル除去変調器１６０のために提示されたデバイスの構造は、レーザ投影ディスプレイにおいて使用可能な、このタイプのスペックル除去変調器の一例にすぎない。図６ａにはそのような第２の実施例が断面図で示され、ここでは、各変調器部分は結晶のｙ軸に沿って離隔された一連の電極４２０乃至４３５で構成されている。変調器部分は、すべての電極を用いて、又は、電極のうちの部分集合、例えば電極４２０，４２５及び４３０を用いて活性化されることが可能であるので、単一の駆動電圧からでも可変な遅延を提供することができる。（識別可能な長さを有する）各電極は、印加された電圧が、電極の長さと関連して、波長遅延のうちの異なる既知の小部分を与え得るように駆動されることが可能である。例えば、第１の電極は波長遅延の１／８を発生し、第２の電極は波長遅延の１／１６を発生し、第３の電極は波長遅延の１／３２を発生する、などが可能である。同じ長さの電極が、異なる波長の光に対する同じ数の波長遅延を発生するように、印加される電圧は調節可能である。それに加えて、電極は各変調器部分内で時間について個別に変調されることが可能であるため、位相はさらにランダム化される。
【００４３】
図６ｂには、レーザ投影ディスプレイにおいて有益な電気的に制御可能なスペックル除去変調器のもう１つの実施例が示されている。図６ａに示された変調器に比べると、本変調器は複雑さを増しているが、制御は拡張されている。図６ｂは、隣接する変調器部分間で、異なる局所的な電極の幾何学配置を有している。電極３９０，３９２，３９５を１つの変調器部分（例えば３５０）内に離隔して配置し、かつ隣接した／近くの変調器部分間で電極３９０，３９７，３９９の位置をずらして配置することにより、変調器は、図５ｃに示された電気的なクロストークの効果を受けにくくなっている。同様の結果は、隣接する変調器部分３５０，３５５，３６０間と、単一の変調器部分３５０内との両方で電極間に間隔をもたせることによっても達成され得る。一方で、電気的に制御可能なスペックル除去変調器は基本的には位相スクランブラであって、入射光の位相面を局所化された領域でランダムに変化させることが意図されているので、変調器部分間にクロストークを導入することは、さらなる位相の変動を導入することによって、意図された結果を促進することができる。設計者がクロストークの効果を抑制することを希望する場合は、電極間にはクロストークを防止するのに十分な間隙が必要となる。図３、図６ａ及び図６ｂに示されたもの以外にも、本発明に従って想到され、かつレーザ投影ディスプレイ１００内で使用され得る、電気的に制御可能なスペックル除去空間光変調器に係る他の例示的な構造が存在するということは理解される必要がある。
【００４４】
スペックルの発現は、横方向の位相プロファイルに対する空間的な変動と、隣接領域間の時間的な変動との両方によって低減されることが可能なので、電気的に制御可能なスペックル除去変調器の動作は、これらの両方に適応するように変更されることが可能である。前者の場合は、横方向の電界の分布が電極に対するアドレスの関数として確立される。この分布は、次に、横方向の位相の摂動を画成する。時間的な変動の場合には、異なる変調器部分で同じ電界のプロファイルを使用することができる。しかしながら、時間において、相対的な電界は、隣接する領域が互いに同位相とならないように変化させられる。理想的には、図５ｄに示されたように、両方の動作方法の組み合わせが最良の結果をもたらす。
【００４５】
電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、入射光の位相面を歪曲する、又はスクランブルするように機能することができる。概念的には、図７ａ及び図７ｂにおいて、平行化された光線の場合についてこの効果が示され、平面上の平行な波面３２５が変調器１６０上へ垂直に入射するように向き付けられている。図７ａに示されたときには、変調器１６０にはゼロの駆動電圧が印加され、波面３２５は変化せずに通りぬけている。図７ｂに示されたときには、変調器部分３５０に電圧が印加され、歪曲した波面３３０がデバイスから現われている。図７ｃ及び７ｄは、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０が光学システム内の集束する空間に配置された、同等の場合を示している。これらの波面の歪みの程度は誇張されたものであって、単に一般的な概念を表すためのものであるということは理解される必要がある。これらは必ずしも、１λだけ離れて配置された波面を示したものではない。
【００４６】
電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、空間的及び時間的な位相の摂動を提供することによって波面を歪曲することができるが、スペックルの発現に影響する変調器の能力は、それが使用されるシステムの設計にも依存する。本発明は特に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器が、変調器部分に沿って光源のコヒーレンス長より小さい遅延（Δφ≪ＣＬ）を提供する場合について考察している。実際、レーザは１ｍｍの数分の１から数メートルまで（赤／緑／青の光パラメトリック発振器型レーザの場合は０．１乃至５．０ｍｍ）の範囲にわたるコヒーレンス長を有する場合があるが、タンタル酸リチウムに基づいたスペックル除去変調器は数波長分の遅延のみを提供する。従って、前述したように、このデバイスは、時間について変動する波面の歪み又は収差を発生させるために使用可能であるが、空間的又は時間的なコヒーレンスを目に見えるように直接に変更するためには使用可能ではない。幸いにも、時間的及び空間的に変化する位相は投影される画像内のスペックルを変化させる、又は平均化するために使用可能であり、その変化が人の目の応答時間より速ければ、これによりスペックルの知覚可能性が低減される。
【００４７】
一方で、電気的に制御可能なスペックル除去変調器は、提供される位相遅延が光源のコヒーレンス長と同じオーダー（Δφ〜ＣＬ）であるシステムにおいても使用可能である。例えば、アークランプのような典型的な白色光源はわずかに数波長分の程度のコヒーレンス長ＣＬと幅の光を放射するが、これは、タンタル酸リチウムに基づいたデバイスによる位相遅延に匹敵するものである。それに代わって、約１．０ｍｍの遅延を有する電気的に制御可能なスペックル除去変調器は、小さいコヒーレンス長のレーザ（ＯＰＯ型レーザ等）と組み合わせることで、同じく基本的には遅延とコヒーレンス長とを整合させることができる（Δφ〜ＣＬ）。このような場合では、電気的に制御可能なスペックル除去変調器は、空間的なコヒーレンスと時間的なコヒーレンスの両方を直接に変更するために、光学システム内で様々な方法で使用可能である。制御可能な位相遅延が光源からの光のコヒーレンス長を大幅に超過していれば（Δφ≫ＣＬ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の使用によりさらに大きな劇的効果を実現することができる。
【００４８】
スペックルの視認性を低減することにおける電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の効力は、特定のデバイス（図３、図６ａ及び図６ｂはこの種の例示的なデバイスを示している）の構造及び性能と、レーザ投影ディスプレイ１００内でそれが使用される方法との両方に依存している。特に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、図１及び図２ａに示されたようにフライズ・アイ・インテグレータ１７５の第１のレンズレットアレー１７８ａに先行して配置される場合があり、図２ｂに示されたようにフライズ・アイ・インテグレータ１７５の内部に配置される場合もあり、もしくは同様にフライズ・アイ・インテグレータ１７５の第２のレンズレットアレー１７８ｂの後に配置される場合もある。１次元のデバイス（空間光変調器２００）を照射するために使用される典型的なフライズ・アイ・インテグレータに基づいた光学システムでは、各レンズレットアレー（１７８ａ及び１７８ｂ）におけるレンズレットの個数（Ｎ）は比較的少なく、〜６乃至２０個のレンズレットで十分な光の均一性を提供している。これに比較すると、典型的な空間光変調器２００は、比較的多数（Ｍ）の密集した画素を備えているアレーであって、２５６個と４０９６個の間の画素数でほとんどのアプリケーションに対応している。図１及び図２の電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０における変調器部分の個数（Ｐ）は、スペックルの視認性を低減させるその効力によって決定され、レンズレットの個数（Ｎ）にも変調器の画素数（Ｍ）にもさほど依存しない。
【００４９】
電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０が、それによって導入される位相の変化又は遅延はレーザ光ビームのコヒーレンス長に比べて小さい（Δφ≪ＣＬ）という条件下で動作していると仮定すると（数波長に対して数ｍｍ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、図７ａ乃至図７ｄにおけるように光ビームの波面を局所的に変えるように使用可能である。この場合は、１個のレンズレットに対して多数の変調器部分が存在することになる（Ｐ≫Ｎ）。照射システム内で、画像生成する光のビームの波面を変形する（歪曲する）ために、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、結像される平面（又はその共役平面のうちの１つ）のファーフィールド（遠視野）で使用される。従って、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０が第１のレンズレットアレー１７８ａに先行して配置され、かつこのレンズレットアレーが空間光変調器２００に対して画像共役である図１のシステムでは、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、レンズレットアレーから最小限でも焦点深度（ＤＯＦ）より大きくオフセットされ、最適な場合としては、この共役平面のファーフィールドに存在している（約＞１０×ＤＯＦ）。
【００５０】
同様に、図２ｂに示されたように、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０が第１のレンズレットアレー１７８ａと第２のレンズレットアレー１７８ｂとの間において第２のレンズレットアレー１７８ｂに近接して配置されていれば、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は定義によって第１のレンズレットアレーのファーフィールドに配置されているので、波面構造の位相を変化させることができる。本光学システムは、光が第２のレンズレットアレー１７８ｂのレンズレットをアンダーフィルする（すなわち、光の量が不足する）ように意図的に設計されることが可能なので、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０に必要なフィルファクタは低減されることが可能であり、これにより、変調器部分に対する代替的かつ要件の緩和された電極アドレス指定方式が可能にされ得る。同様に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、第２のレンズレットアレー１７８ｂの後に、かつ最も適当な場合としては第２のレンズレットアレー１７８ｂとコンデンサレンズ１８５との間に配置されることも可能である。これらの様々な場合に対して、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０によって誘発される波面の収差は、大部分、スペックルの生成に寄与する波面の局所的な干渉に影響する。この構成はまた、ビーム整形光学装置によって提供される画像生成の品質にも影響し、これにより、照射される領域のエッジに幾分かの軟調（softness）を発生させる。
【００５１】
それに代わって、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０がレーザ光のコヒーレント長に比べて小さい位相の変化又は遅延（Δφ≪ＣＬ）を提供するこの同じ場合には、電気的に制御可能なスペックル除去変調器は、照射システム内の結像する波面を変化させるよりもむしろ、光を散乱させるか又は回折させるディフューザのように機能するように、光学システム内に配置されることが可能である。この場合、変調器部分の個数はレンズレットの個数より多く（Ｐ≫Ｎ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、照射システム内の結像する平面のニアフィールド（近視野）に配置される。すなわち、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、公称では、第１のレンズレットアレー１７８ａの直前又は直後に配置され、かつ公称では共役画像平面（空間光変調器２００において画像平面に共役である。）のニアフィールド内（＜１０×ＤＯＦ）に存在している必要がある。
【００５２】
これに対して、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０が、それによって導入される位相の変化又は遅延はレーザ光源１１０からの光のコヒーレンス長と同じオーダーである（Δφ〜ＣＬ）という条件下で動作していることが仮定されていれば、本デバイスは、１つの光ビームに関する光の相対的な時間的コヒーレンスに対して、他のものに関して直接に影響することができる。この場合、変調器部分の個数がレンズレットの個数と同一であり（Ｐ＝Ｎ）、かつ複数の変調器部分がレンズレットアレー１７８ａのうちの与えられたレンズレットに対応して整列されていれば、与えられたレンズレット及び変調器部分を通過する光ビームについて、時間的コヒーレンスは他のものに関して変更される。各ビームは、空間光変調器２００において照射される領域内にその独自のスペックルパターンを生成するが、スペックル全体は、変調器部分のランダムな駆動に伴って時間的に変化する。この場合、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は第１のレンズレットアレー１７８ａに先行して配置されることが可能であるが、ファーフィールド又はニアフィールドの位置に関するいかなる厳密な制約も存在しない。同様に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、第１のレンズレットアレー１７８ａと第２のレンズレットアレー１７８ｂの間、もしくは第２のレンズレットアレー１７８ｂの直後に配置されることが可能である。この構成は、（Δφ＞ＣＬ）位相の遅延がコヒーレンス長よりかなり大きい場合（２倍〜３倍又はこれ以上）に、さらに良好に動作するであろう。
【００５３】
それに代わって、電気的に制御可能なスペックル除去変調器が、通過する光の相対的な時間的コヒーレンスに直接に影響することができるように、それによって導入される位相の変化又は遅延がレーザ光源１１０からの光のコヒーレンス長と同じオーダーである（Δφ〜ＣＬ）という条件下で動作する、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、変調器部分の個数（Ｐ）がレンズレットの個数（Ｎ）より多い（Ｐ＞Ｎ）状態でレーザディスプレイ１００の内部に提供されることが可能である。この場合、電気的に制御可能なスペックル除去変調器は、各レンズレットアレーにわたってコヒーレンスを空間的にランダム化し、従って空間光変調器２００及びスクリーン２１５にわたってコヒーレンスを空間的にランダム化するために使用可能である。この例では、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、小さな位相の収差で波面を変化させるために使用されるのではなく、１つの空間的な領域のコヒーレンスを他のものに関して変化させ、ほぼ非コヒーレントな光源を効果的に合成するために使用される。変調器部分の個数がレンズレットの個数より適度に多ければ（例えばＰ＝８×Ｎ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は第１のレンズレットアレー１７８ａに先行して配置されることが可能であるが、（変調器部分が可視光を回折、散乱又は散乱させるほど小さくない限り）ファーフィールド又はニアフィールドの位置に関するいかなる厳密な制約も存在しない。この場合は、各レンズレットを通過する光のビームが、比較的大きな複数の隣接した領域へと分割され、時間的コヒーレンスはこれらの領域内で変動する。しかしながら、レンズレットの個数に比較して多数の変調器部分が存在するので（Ｐ≫Ｎ）、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０がむしろディフューザのように機能する場合は、スペックル除去変調器１６０は第１のレンズレットアレー１７８ａのニアフィールドに配置される必要がある。この場合、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、レンズレットアレー１７８ａの直前又は直後に配置されることが可能であり、かつ公称では共役画像平面（空間光変調器２００において画像平面に共役である。）のニアフィールド内（＜１０×ＤＯＦ）に存在している必要がある。スペックル除去変調器１６０によって提供される位相の遅延がコヒーレンス長より（Δφ＞ＣＬ）かなり大きい場合は（２倍〜３倍又はこれ以上）、これらの構成はさらに良好に動作するであろう。
【００５４】
要約すると、レーザディスプレイシステム１００は、スペックルの低減／無相関化（de-correlation）の技術の組み合わせを使用することにより、遠隔のスクリーン２１５上に投影された、知覚可能なスペックルを含まない画像を提供するように設計されている。ディフューザ１５０を使用することは、光の有効なラグランジュ又はエタンデュを画成しなおすだけでなく、コヒーレントな入射ビームを、多数の、より小さく、空間的なコヒーレンスの小さい波面に分割する。従って、均一な照射の領域を生成するために、再び結像される複数のビームレットに光を分割する、フライズ・アイ・インテグレータ１７５のような光積分システムの使用もまた、ディフューザからの多くの局所的な寄与分をスクリーンにわたって重複することによってさらなるスペックルの低減をもたらす。最後に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の使用は、照射光の一部の局所的な位相を照射光の他の部分に関して分裂させる手段を提供し、これにより、局所的な空間的及び／又は時間的なコヒーレンスの関係が変化する。これにより、局所的な波面の位相構造、波面間の時間的なコヒーレンスの関係、又は空間領域にわたる時間的なコヒーレンスのいずれかを変化させることができる。さらに、レーザディスプレイ１００におけるスペックルを低減するためには、ディフューザ１５０が、散乱させる表面の少なくとも特有の特徴のサイズだけは移動するように、ディフューザ１５０を、ディフューザにリニアの、回転の、又はランダムな運動を伝達する運動機構に装着させることが可能であるということに注意する必要がある。運動の周波数は、フリッカの周波数より大きいものでなければならない（＞４０Ｈｚ）。次に、スペックルの視認性は、画像の空間的広がりの全体にわたり局所的な領域におけるスペックルの位置及び大きさを時間について平均化することより、スペックルパターンを無相関化することによってさらに低減される。
【００５５】
その構成及び動作に依存して、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、光源のラグランジュ又はエタンデュを実際に計測可能な程度に増大させるために、光ビームに対して、回折又は散乱のような十分な位相摂動を与えることができる。アレー方向に比較的コヒーレントな照射を必要とするリニア空間光変調器２００を使用して設計された投影システムの場合、投影システムの画像生成の必要条件を満たすためには、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０によって提供される光源のラグランジュにおける小さな変化で十分であるといってよい。この場合は、レーザディスプレイシステム１００はディフューザ１５０なしで構成されることが可能である。
【００５６】
図１及び図２ａの交差アレー光学装置は、ただ１つの円柱レンズである交差アレーコンデンサ１９５を備えた、簡単化された光学システムを示しているということもまた理解される必要がある。交差アレーコンデンサ１９５は、交差アレー方向の光ビームを調整し、これをリニア空間光変調器２００との相互作用のために最適化する。このビーム調整には、複数の円柱レンズ素子を使用可能であるということは理解される必要がある。レーザ投影システム１００内のリニア空間光変調器２００に先行するレンズ素子のいくつかは球面レンズであってもよく、かつアレービーム及び交差アレービームの両方を形成することが可能であるという点も理解される必要がある。同様に、投影レンズ２０５は、スクリーン２１５におけるアレー方向又は交差アレー方向のいずれかのスポット形成をさらに制御するために、円柱レンズ（図示せず。）を含むことも可能である。同様に、電気的に制御可能なスペックル除去変調器を通る光の相互作用を最適化するように光ビームを予め調整するために、交差アレー光学装置（図示せず。）が、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０に先行して設けられてもよいということも理解される必要がある。この場合、交差アレーコンデンサ１９５又はその等価物は、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０から放出される交差アレー光ビームを、リニア空間光変調器２００への入力として最適となるように適合化させる。また、フライズ・アイ・インテグレータに対して代替のビーム均質化光学装置を使用可能であるということも理解される必要がある。特に、（ムーラン（Moulin）の特許）においてさらに記述されている、積分バー／カレイドスコープは、ビーム整形光学装置１７０のための代替の設計において使用可能であり、均一な照射を提供するとともに、ディフューザ１５０及び電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０と協働してスペックル低減に対して寄与する効果をもたらす。
【００５７】
図８に、レーザ投影ディスプレイ１００の代替構成が示され、ここでは、ビームスプリッタアレー２４０を使用して、複合レーザビーム２５０のコヒーレンスを減少させるように光学距離遅延差を提供している。ビームスプリッタアレー２４０は、レーザのコヒーレント長のオーダーであるか又はこれより長い、隣接するビームレット２４５間の光学距離の長さの差（Δｄ）を有する一連のビームレット２４５を生成する、（Ｒ）個の部分反射するミラーより成る装置を備えている。最適には、光学距離の差（Δｄ）は、レーザ１１０のコヒーレンス長ＣＬと同じオーダーのサイズである。ビームスプリッタアレー２４０の複数のミラーは、最初のミラー（２４１ａ）から最後のミラー（２４１ｅ）へと漸次増加する反射率によって、部分的に透過しかつ部分的に反射している。ビームスプリッタアレー２４０は、複数のミラーのアレーとして示されているが、プリズムアレー及び他の構造も使用可能である。ビームスプリッタアレー２４０は、Ｒ個のビームレットを使用して複合レーザビーム２５０を生成する、ビーム拡大器として効果的に動作する。しかしながら、Ｒ個のビームレットはコヒーレンス長ＣＬに見合う異なる光学距離の長さ（Δｄ１，Δｄ２，Δｄ３，など…）を進行するので、光の時間的なコヒーレンスは、複合レーザビーム２５０の空間的な広がりにわたって変化する。理想的には、Ｒ個のビームレット２４５のそれぞれは、他のものに関して時間的に非干渉性である。しかしながら、複数のビームレット２４５にてなるグループが互いにコヒーレントとなるように時間的なコヒーレンスの変化がもっと遅い場合であっても、レーザ１１０のコヒーレント発光の状態が時間的に揺動して、これらのグループ化は時間的にランダムに変化する傾向があるため、この方式は依然として有用である。
【００５８】
典型的なレーザビーム１１５は、不均一な光の強度のプロファイルを有するので（ガウスプロファイルが一般的である。）、ビームレット２４５のそれぞれも不均一となり、同様に、複合レーザビーム２５０も不均一となる。図１のシステムの場合には、画像生成の必要条件に合わせるように有効な光源のラグランジュ又はエタンデュを変化させるために、ディフューザ１５０が挿入されている。ディフューザ１５０はまた、複合レーザビーム２５０をさらに幾分か均一にしかつコヒーレンスを低減させるように働く。同じく前述のように、空間光変調器２００において照射の均一さを改善しかつスペックルの視認性を低下させるために、フライズ・アイ・インテグレータ１７５が使用される。しかしながら、この場合は、第１のレンズレットアレー１７８ａが各ビームレット２４５にＭ個のレンズレットを照射させるように設計されているため、各ビームレット２４５は光バルブにおいて均一な照射に変換される。従って、各レンズレットアレー１７８ａ及び１７８ｂには、少なくとも合計Ｍ×Ｒ個のレンズレットが存在する。スクリーン２１５における効果は、Ｒ個のレーザビームの各々が、ディフューザ、与えられたビームに使用されるＭ個のフライズ・アイ・レンズレットのペア、及びスクリーンによって決められる、その独自の微細なスペックルパターンを生成することである。Ｍ×Ｒ個のスペックルパターンは、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を使用しない場合、又はディフューザ１５０が動作しない場合でも、非干渉性の状態で加算されて全体の平均化を実現する。いくつかのさほど重大でないアプリケーションではこの程度のスペックルの低減で十分な場合があるが、重大なアプリケーションに関する場合、図８のレーザディスプレイシステム１００は電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を追加してさらに改善される。複合レーザビーム２５０内の時間的なコヒーレンスは既に重要な変数（significantly variable）であるため、適用される位相の変化がコヒーレンス長より小さい（Δφ≪ＣＬ）と仮定すれば、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を使用してビームレット２４５内の位相の波面を変化させることができる。先の議論の場合のように、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、それがビーム整形光学装置１７０の共役画像平面のファーフィールド（焦点深度（ＤＯＦ）のかなり外側）に存在するように、レーザディスプレイ１００内に第１のレンズレットアレー１７８ａに先行して配置されることが可能である（図８を参照）。同様に前述のように、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０は、共役画像平面のファーフィールドの下流側に、第２のレンズレットアレー１７８ｂに近接して、図２ｂのようにその前に配置されるか、又は後に配置されるかののいずれかが可能である。それに代わって、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０がコヒーレンス長に匹敵する位相の変化を提供すれば（Δφ〜ＣＬ）、本変調器を使用してＭ個のレンズレットの各々における領域にわたって時間的及び空間的コヒーレンスを変化させることができる。ここで、これらの領域は、光の波長と比較して相対的に大きい（よって散乱も発散もしない）。
【００５９】
これまでは、画像データを伝達するために、電気的に制御可能なスペックル除去変調器及び空間光変調器の両方を利用するレーザディスプレイシステムに係る本発明が、１次元の光変調器を使用することに関連して説明されてきた。電子的投影システムにおいて使用可能な、２次元（領域）の空間光変調器には広範な種類のものが存在するが、特に液晶光バルブ（ＬＣＤ）及びマイクロメカニカルミラーアレー（テキサス・インスツルメンツからのデジタル・ミラー・デバイスを含む）が卓越している。図１のレーザディスプレイシステムに関して、１次元の空間光変調器から２次元のタイプへ切り換えることによる主たる影響は、照射光学装置と電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０との両方が２次元で動作するように変形される必要があることにある。その場合、フライズ・アイ・インテグレータ１７５は、典型的には、２次元パターンに展開されたフライズ・アイ・レンズレットのアレー１７８（ａ，ｂ）を使用し、ここで、上記レンズレットは球面を有している。同様に、ディフューザ１５０は、図１のリニアシステムでは好適な１次元の散乱ではなく、制御された２次元（又は球面）の散乱を提供する。このようなディフューザは、フィジカル・オプティクス・コーポレーションからホログラフィック・ディフューザとして利用可能であり、又はコーニング−ロチェスタ−・フォトニクス・コーポレーション（Corning-Rochester Photonics Corp.）からランダム化されたマイクロレンズアレーとして利用可能である。
【００６０】
図３、図４、図６ａ及び図６ｂに詳細に示された空間的な光の電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０の様々な実施例は、１次元又はリニアのデバイスである。一連のこれらのデバイスを積み重ねる（スタックする）ことにより、もしくは一連のこれらのデバイスを光学システム内のオフセットした位置に配置することにより、２次元の電気的に制御可能なスペックル除去変調器を構成することが可能である。また、２次元構成として使用するためにより導電性のある他の電気光学材料を使用し、次いで２次元の画像変調する空間光変調器のアレーを有するレーザディスプレイシステム内に配置されることが可能な、他のタイプの電気的に制御可能なスペックル除去変調器を設計可能であるということも理解される必要がある。
【００６１】
例えば図９は、ＬＣＤのような領域型の変調器アレーを使用するレーザ投影ディスプレイ１００の断面図を示している。前述のように、レーザ１１０はレーザビーム１１５を放射し、レーザビーム１１５は、空間光変調器（液晶ディスプレイ２５５）を照射するために、ビーム拡大光学装置１２０とディフューザ１５０とビーム整形光学装置１７０とによって予め調整される。次いで、前述のように、ディフューザ１５０と、フライズ・アイ・インテグレータ１７５と、電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０とはすべて、空間光変調器及びスクリーン２１５における２次元にわたるスペックルの存在を低減するために寄与する。図１のシステムとは異なり、図９のシステムでは、２次元のスクリーン上の画像は走査によって形成されるのではなく、投影レンズ２０５を使用することによって空間光変調器（液晶ディスプレイ２５５）をスクリーン２１５に直接に結像する。照射光は、プレポラライザ２６０及び偏光ビームスプリッタ２６５を通過する。液晶ディスプレイ２５５は印加されるコマンド信号に従って、照射光を変調し、この光の偏光状態を画素に基づいて回転させる。投影レンズ２０５によってスクリーン２１５へと向けられる、変調された、画像を生成する光ビーム２７５は、偏光ビームスプリッタ２６５から反射される、偏光が回転された光によって形成される。公称では、暗状態（dark state）を画成するために偏光アナライザ２７０が交差された向きで使用される。典型的なレーザ光源は偏光を放射するので、図９のレーザディスプレイ１００ではプレポラライザ２６０を使用する必要のない場合がある。その場合は、レーザビーム１１５は、レーザ１１０によって放射されるときに十分に偏光されていて（例えば１００：１）、ディフューザ１５０も電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０も、本来のこの偏光コントラストの程度を有意に低下させないということが必要である。
【００６２】
同様に、図１０は、テキサス・インスツルメンツから利用可能なＤＬＰチップのようなマイクロメカニカルミラーアレー２８０を使用するレーザ投影ディスプレイの断面図を示している。光を変調するために、制御された偏光の効果に依存する、液晶空間光変調器を用いたシステムとは異なり、マイクロメカニカルミラーアレー２８０は光のビームレットの角度の制御を画素毎の基準で利用する。本システムは図１に示されたシステムと実質的に同じであるが、照射が、マイクロメカニカルミラー光アレー２８０を超えて開口部２９０へと集束する点が異なる。個別の画素は複数のマイクロミラーによって形成され、上記マイクロミラーは、光を、投影レンズ２０５の開口部２９０を通過させるように向けるか、又は停止部２８５（すなわちシュリーレン型光学システム）に向けるかのいずれかを行う。画素の明るさは、レンズの開口部２９０を介して光が向けられるフレーム内における時間の比率を選択することによって制御される。このタイプのシステムは、図１０の場合のように、２次元の空間光変調器アレー、２Ｄのフライズ・アイ・システム、及び２Ｄの電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０を含むか、それに代わって１Ｄの空間光変調器アレー、１Ｄのフライズ・アイ・システム、１Ｄの電気的に制御可能なスペックル除去変調器１６０、及び図１で使用されているガルバノメータのようなスキャナを含むかのいずれかで構成されることが可能である。
【００６３】
簡単化のために、本発明は、単一のレーザと単一の空間光変調器とを使用して実地説明されているが、より一般的な議論がフルカラーのＲＧＢ投影ディスプレイに対して向けられる。システムは、別個の光学距離をたどって個々の赤と緑と青の空間光変調器を照射する、別個の赤と緑と青の光ビームによって構成され得ることは理解される必要がある。変調された光ビームは、典型的には投影レンズの前に配置されたｘプリズムによって結合された色となり、結果的に生じる光ビームがスクリーンに結像されて多色（polychormatic）画像を提供する。別個の赤と緑と青のビームは、３つの別々のレーザから、非線形光学装置の組み合わせを使用して３つのビームを出力する１つのＯＰＯ型レーザパッケージから、もしくは、後で色を分割される単一の白色光レーザビーム出力を供給するように統合化されたＯＰＯ型レーザパッケージから発生されることが可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は、光学システムの照射部分内に配置された電気的に制御可能なスペックル除去変調器により、投影される画像においてスペックルが低減されるレーザディスプレイシステムを提供する。プロジェクタ内に統合化された設計を使用してスペックルを除去するこの方法は、システムの動作性能が、劇場毎にアプリケーション及び設計が変わる可能性のある、振動するスクリーンのような外部手段に依存しないということを意味する。それに加えて、このスペックル除去手段は、従来にはより多く行われているように画像生成光学装置内においてではなく照射システム内で機能するので、スペックルは、スクリーン上の画像品質に影響を与えることなく知覚可能な限界よりも低下させることができる。さらに、照射システム内のスペックル除去変調器の設計及び動作を調整することにより、このシステムは、フィードバックシステムを用いてオンザフライで最適化されるか、又はレーザ光源及び空間光変調器の技術が経時的に進化するのに伴って段階的に最適化されるかのいずれかが可能である。最後に、このシステムは当然ながら、機械的かつ電気的に頑健であり、光効率が良く、アラインメント不良に対して敏感ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る、電気的に制御可能な電気光学スペックル除去変調器とリニア空間光変調器とを有するレーザディスプレイシステムの斜視図である。
【図２ａ】  本発明に係る、電気的に制御可能な電気光学スペックル除去変調器とリニア空間光変調器とを有するレーザディスプレイの断面図である。
【図２ｂ】  図２ａに示されたレーザディスプレイ光学システムの一部に対する代替構成の断面図である。
【図３】  本発明に使用される、電気的に制御可能な電気光学スペックル除去を実行する時間／位相遅延変調器の第１のバージョンの斜視図である。
【図４】  本発明に使用される時間／位相遅延変調器の第１のバージョンの断面図である。
【図５ａ】  視認性スペックルを呈示する光学システムの出力の位相プロファイルを表す図である。
【図５ｂ】  低減された視認性スペックルを有する光学システムの出力の位相プロファイルを表す図である。
【図５ｃ】  クロストークを呈示する、電気的に制御可能なスペックル除去変調器の出力の位相プロファイルを表す図である。
【図５ｄ】  横方向及び時間について変化する位相摂動の両方を有する電気的に制御可能なスペックル除去変調器の隣接する変調器部分間の相対的な位相遅延を示すチャートである。
【図６ａ】  本発明のレーザ投影ディスプレイにおいて使用可能な、代替の電気的に制御可能なスペックル除去変調器の斜視図である。
【図６ｂ】  本発明のレーザ投影ディスプレイにおいて使用可能な、代替の電気的に制御可能なスペックル除去変調器の斜視図である。
【図７ａ】  本発明に係る変調器の効果を、入射する平行化された光線の場合に、影響を受けない波面に関して示す図である。
【図７ｂ】  本発明に係る変調器の効果を、入射する平行化された光線の場合に、歪曲された波面に関して示す図である。
【図７ｃ】  本発明に係る変調器の効果を、入射する集束する光線の場合に、影響を受けない波面に関して示す図である。
【図７ｄ】  本発明に係る変調器の効果を、入射する集束する光線の場合に、アボートされた波面に関して示す図である。
【図８】  コヒーレンス長のオーダーの複数の遅延を組み込んだ、本発明に係るレーザディスプレイシステムの代替の実施形態の断面図である。
【図９】  液晶ディスプレイ光バルブを使用する、本発明に係るレーザディスプレイシステムの断面図である。
【図１０】  マイクロアレー光バルブを使用する、本発明に係るレーザディスプレイシステムの代替の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１００…レーザディスプレイシステム、
１１０…レーザ、
１１５…レーザビーム、
１２０…ビーム拡大光学装置、
１２５…発散レンズ、
１３０…発散ビーム、
１４０…コリメートレンズ、
１４５…平行化されたビーム、
１５０…ディフューザ、
１６０…電気的に制御可能なスペックル除去変調器、
１７５…フライズ・アイ・インテグレータ、
１７８ａ…第１のレンズレットアレー、
１７８ｂ…第２のレンズレットアレー、
１８０…ビーム整形光学装置、
１８５…コンデンサレンズ、
１９０…視野レンズ、
１９５…交差アレーコンデンサ、
２００…リニア空間光変調器、
２０５…投影レンズ、
２１０…ガルバノメータミラー、
２１５…スクリーン、
２２０…線状画像、
２２５…領域画像、
２４０…ビームスプリッタアレー、
２４１ａ乃至２４１ｅ…ミラー、
２４５…ビームレット、
２５０…複合レーザビーム、
２５５…液晶ディスプレイ、
２６０…プレポラライザ、
２６５…偏光ビームスプリッタ、
２７０…偏光アナライザ、
２７５…変調された画像を生成する光ビーム、
２８０…マイクロメカニカルミラーアレー、
２８５…停止部、
２９０…開口部、
３２０…光、
３２５…波面、
３３０…歪曲された波面、
３４０…入力ファセット、
３４５…出力ファセット、
３５０，３５５，３６０…変調器部分、
３７０…バルク材料又は基板、
３８０…遅延領域、
３８５…上部電極、
３９０，３９２，３９５，３９７，３９９，４２０，４２５，４３０，４３５…電極、
４００…下部電極、
４０５…バッファ層、
４１０…保護膜。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
0004332355.tif 000004
【図３】
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【図４】
0004332355.tif 000006
【図５ａ】
0004332355.tif 000007
【図５ｂ】
0004332355.tif 000008
【図５ｃ】
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【図５ｄ】
0004332355.tif 000010
【図６ａ】
0004332355.tif 000011
【図６ｂ】
0004332355.tif 000012
【図７ａ】
0004332355.tif 000013
【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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