(57)【要約】  イメージプロジェクタ（２，２ｂ，２ｃ）であって、  光ビーム（５）を提供するための光源（４）と、  光ビーム（５）を受光出来るよう配置され、光ビーム（５）を走査するべく少なくとも１つの振動軸（７ａ，ｂ）を中心に振動出来るＭＥＭＳミラー（６）と、  １または複数の多重ビーム生成器（８，８０，４１，６１，６２）と  を備え、  １または複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれは、１または複数の多重ビーム生成器（８，８０，４１）のうちそれぞれが複数の多重ビーム（１５ａ〜ｃ）を生成出来るよう、ＭＥＭＳミラー（６）により反射された光ビーム（５）を受光するよう配置された平面状ビーム分割器（９）と、平面状ビーム分割器（９）を透過させられた光ビーム（５）の一部を受光出来る平面状反射器（１０）とを有し、  平面状ビーム分割器（９）および平面状反射器（１０）は平行になるよう配置され、  イメージプロジェクタ（２，２ｂ，２ｃ）は、１または複数の多重ビーム生成器（８，８０，４１，６１，６２）により生成された複数の多重ビーム（１５ａ〜ｃ）を受光するよう配置された集光レンズ（１１）を備え、  １または複数の多重ビーム生成器（８，８０，４１，６１，６２）のうちそれぞれにおいて、平面状ビーム分割器（９）と平面状反射器（１０）との間の距離（ｈ）は、平面状ビーム分割器（９）と平面状反射器（１０）との間の光学的距離（ＯＤ）が光ビーム（５）のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなる距離である。さらに、そのようなイメージプロジェクタを備える光アセンブリ（１，２０，３０，４０，６０）が提供される。
2016535323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージプロジェクタであって、
光ビームを提供するための光源と、
前記光ビームを受光出来るよう配置され、前記光ビームを走査するべく少なくとも１つの振動軸を中心に振動出来るＭＥＭＳミラーと、
１または複数の多重ビーム生成器と
を備え、
前記１または複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれは、前記１または複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれが複数の多重ビームを生成出来るよう、前記ＭＥＭＳミラーにより反射された前記光ビームを受光するよう配置された平面状ビーム分割器と、前記平面状ビーム分割器を透過させられた前記光ビームの一部を受光出来る平面状反射器とを有し、
前記平面状ビーム分割器および前記平面状反射器は平行になるよう配置され、
前記イメージプロジェクタは、前記１または複数の多重ビーム生成器により生成された複数の多重ビームを受光するよう配置された集光レンズを備え、
前記１または複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれにおいて、前記平面状ビーム分割器と前記平面状反射器との間の距離は、前記平面状ビーム分割器と前記平面状反射器との間の光学的距離が前記光ビームのコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなる距離である、イメージプロジェクタ。
【請求項２】
前記１または複数の多重ビーム生成器は、平面状ビーム分割素子と平面状反射素子との間にエアギャップがあるように平行に、かつ離間させられて配置された、前記平面状ビーム分割器を規定する前記平面状ビーム分割素子と、前記平面状反射器を規定する前記平面状反射素子とを有し、
前記光学的距離は、
【数３９】
2016535323.tif 000041
【数４０】
2016535323.tif 000042
として規定され、
ここで、「ｔ」は、前記平面状ビーム分割素子の厚さであり、「θｉ」は、前記平面状ビーム分割素子上での前記光ビームの入射角であり、「ｎ１」は、前記光ビームが前記平面状ビーム分割素子に入射する前に通過する物質の屈折率であり、「ｎ」は、前記平面状ビーム分割素子の屈折率であり、「ｈ」は、前記平面状ビーム分割素子と前記平面状反射素子との間の距離であり、「ｎ３」は、前記エアギャップ内の空気の屈折率である、請求項１に記載のイメージプロジェクタ。
【請求項３】
前記１または複数の多重ビーム生成器は、透明な物質のブロックと、前記ブロックの第１表面上の、前記平面状ビーム分割器を規定する半反射性物質の平面状コーティングと、前記ブロックの第２の、反対側の表面上に提供された、前記平面状反射器を規定する反射性物質の平面状コーティングとを有し、
前記光学的距離は、
【数４１】
2016535323.tif 000043
として規定され、ここで、ｈは、前記半反射性物質のコーティングと前記反射性物質のコーティングとの間の距離であり、θ２は、
【数４２】
2016535323.tif 000044
であり、ここで、θｉは、前記半反射性物質の平面状コーティング上での前記光ビームの入射角であり、「ｎ１」は、前記光ビームが前記半反射性物質の平面状コーティング上に入射する前に通過する物質の屈折率であり、「ｎ」は、前記半反射性物質の平面状コーティングの屈折率である、請求項１に記載のイメージプロジェクタ。
【請求項４】
前記イメージプロジェクタは、光通信を行うように配置された複数の多重ビーム生成器を備え、
前記複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれの前記平面状ビーム分割器および前記平面状反射器は、異なるように方向付けられた複数の面上に位置し、またはそれらと平行に配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載のイメージプロジェクタ。
【請求項５】
前記平面状ビーム分割器は、４０％を反射し６０％を透過するようなビーム分割比を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のイメージプロジェクタ。
【請求項６】
前記平面状ビーム分割器は、前記平面状ビーム分割器を透過し前記平面状反射器により反射される前記光ビームの一部が前記平面状ビーム分割器を通過することなく前記集光レンズへ直接的に通過出来るよう配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載のイメージプロジェクタ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のイメージプロジェクタと、
前記集光レンズを通過した光を受光するよう配置され、受光した光を拡散させるスクリーンと、
前記スクリーンにより拡散させられた光を受光するよう配置されたヘッドアップディスプレイと
を備える、光アセンブリ。
【請求項８】
前記光アセンブリは、ビューアの開口数を表す既定の開口数値より大きい開口数を有し、
前記光アセンブリの前記開口数は、（ｄ／２）／（Ｆ．Ｍ）として規定され、ここで、Ｍは、前記ヘッドアップディスプレイの拡大率であり、Ｆは、前記集光レンズの焦点距離であり、ｄは、前記多重ビーム生成器から出力された連続的な２つの多重光ビーム間の、前記多重光ビームが前記集光レンズ上に入射する前の距離である、請求項７に記載の光アセンブリ。
【請求項９】
請求項２に記載のイメージプロジェクタを備え、
前記光アセンブリは、「ｄ」が条件
【数４３】
2016535323.tif 000045
【数４４】
2016535323.tif 000046
【数４５】
2016535323.tif 000047
を満たすよう構成され、ここで、「ｔ」は、前記平面状ビーム分割素子の厚さであり、「θｉ」は、前記平面状ビーム分割素子上での前記光ビームの入射角であり、「ｎ１」は、前記光ビームが前記平面状ビーム分割素子上に入射する前に通過する物質の屈折率であり、「ｎ」は、前記平面状ビーム分割素子の屈折率であり、「ｈ」は、前記平面状ビーム分割素子と前記平面状反射素子との間の距離であり、「ｎ３」は、前記平面状ビーム分割素子と前記平面状反射素子との間の空間を占有する物質の屈折率である、請求項８に記載の光アセンブリ。
【請求項１０】
請求項３に記載のイメージプロジェクタを備え、
前記光アセンブリは、「ｄ」が条件
【数４６】
2016535323.tif 000048
を満たすよう構成され、ここで、「ｈ」は、前記半反射性物質のコーティングと前記反射性物質のコーティングとの間の距離であり、ｎは、前記透明な物質のブロックの屈折率であり、θｉは、前記半反射性物質のコーティング上での前記光ビームの入射角である、請求項８に記載の光アセンブリ。
【請求項１１】
前記光アセンブリは、「ｄ」が条件
【数４７】
2016535323.tif 000049
を満たすよう構成され、ここで、Ｆは、前記集光レンズの焦点距離であり、ｋは、前記多重ビーム生成器の順序を示す整数であり、θｐは、
【数４８】
2016535323.tif 000050
と等しく、λは、前記光ビームの波長であり、「Ｐ」は、前記マイクロレンズアレイのピッチである、請求項８に記載の光アセンブリ。
【請求項１２】
前記光アセンブリは、前記平面状ビーム分割器と前記平面状反射器との間の距離「ｈ」が条件
【数４９】
2016535323.tif 000051
を満たすよう構成され、ここで、「ｎ」は、前記平面状ビーム分割器と前記平面状反射器との間の物質の屈折率であり、θｉは、前記ビーム分割器上での前記光ビームの入射角であり、「ｄ」は、前記多重ビーム生成器から出力された連続的な２つの多重光ビーム間の、前記多重光ビームが前記集光レンズ上に入射する前の距離である、請求項１０に記載の光アセンブリ。
【請求項１３】
前記スクリーンはマイクロレンズアレイを有し、前記マイクロレンズアレイがマイクロレンズ間で複数の異なるピッチ長を有するよう前記マイクロレンズアレイは異なるサイズのマイクロレンズを含み、または、前記スクリーンはマイクロミラーアレイを有し、前記マイクロミラーアレイが複数のマイクロミラー間で複数の異なるピッチ長を有するよう前記マイクロミラーアレイは異なるサイズの複数のマイクロミラーを含む、請求項８から１２のいずれか一項に記載の光アセンブリ。
【請求項１４】
連続的なマイクロレンズ間、または複数のマイクロミラー間のピッチは、
Ｐ＝（Ｐｅｆｆ／ｃｏｓθｓｃａｎ）
と等しく、ここで、Ｐｅｆｆは、既定の有効ピッチ値であり、θｓｃａｎは、前記マイクロレンズまたは前記複数のマイクロミラー上での、前記プロジェクタデバイスからの前記光の入射角である、請求項１３に記載の光アセンブリ。
【請求項１５】
連続的なマイクロレンズ間、または複数のマイクロミラー間のピッチは、
【数５０】
2016535323.tif 000052
と等しく、ここで、ｋは、前記多重ビーム生成器の順序を示す整数であり、θｉは、前記平面状ビーム分割器の前記光ビームの入射角であり、Ｆは、コリメートレンズの焦点距離であり、λは、前記光ビームの波長であり、「ｈ」は、前記平面状ビーム分割器と前記平面状反射器との間の距離であり、ｎは、前記平面状ビーム分割器と前記平面状反射器との間の物質の屈折率である、請求項１３または１４に記載の光アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ヘッドアップディスプレイにおける使用にとって適切な、スペックルおよび波紋の両方の軽減を実現するよう構成されたイメージプロジェクタ、および同イメージプロジェクタを備える光アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の投影アセンブリにおいて、投影スクリーン上に投影された光は、投影される画像の解像度を低下させるスペックルを引き起こし得る。例えば、ヘッドアップディスプレイを備える複数の投影アセンブリにおいて、投影される画像がヘッドアップディスプレイ上に現れるようにコヒーレント光がヘッドアップディスプレイ上に投影される。
【０００３】
ヘッドアップディスプレイを備える複数の投影アセンブリにおいて、ヘッドアップディスプレイは典型的には、透明スクリーン（例えば、車両のフロントガラス）の形態で提供され、仮想画像がスクリーンを超えた任意の点において見えるようコヒーレント光が透明スクリーン上に投影される。透明スクリーンの表面が完璧に平滑であることはない。したがって、コヒーレント光が透明スクリーン上に投影されたとき、透明スクリーンはランダムにコヒーレント光を拡散させ、これによりランダムな干渉を生じさせ、このことが仮想画像の解像度を低下させるスペックルを引き起こす。
【０００４】
ヘッドアップディスプレイを備える複数の投影アセンブリにおいて起こるこのスペックルの問題を解決するために、マイクロレンズアレイの形態（またはマイクロミラーアレイの形態）のヘッドアップディスプレイを提供することが知られている。マイクロレンズアレイに含まれる各レンズの表面は完璧に平滑であり、したがって、受光するコヒーレント光をランダムに拡散させない。ゆえに、ランダムな干渉またはスペックルが生じさせられない。しかしながら、コヒーレント光がマイクロレンズアレイ上に投影されたとき、マイクロレンズアレイは、波紋として知られる規則的な回折および規則的な干渉を引き起こすであろう。波紋は、仮想画像中の強度の複数の変化として現れる。したがって、波紋は、投影される画像の品質を損なわせる。
【０００５】
従来技術における多くの解決手段は、もっぱらスペックルまたは波紋の問題のみを扱っている。しかしながらそれら解決手段の何れも、両方の問題を扱う単一の十分な解決手段を提供しない。ＵＳ２００４０２５７６６４は、スペックルに関する解決手段を開示しているが、この解決手段は波紋を軽減することに関しては効果的ではない。なぜなら同システムは、第１ビームの複数の干渉極大間に第２ビームの複数の干渉極大を合わせることにより第１ビームの干渉が第２ビームの干渉と平均化されることを可能とするように複数の多重ビーム間に角度を生じさせるよう構成されていないからである。
【０００６】
従来技術の他の複数の解決手段は、複数の波紋防止フィルタまたは複数のエイリアシング防止フィルタを用いるが、これらの解決手段は、十分なスペックルの軽減のための手段を提供しない。さらにはこれらの解決手段は、マイクロレンズアレイなどのスペックルの軽減手段を組み込むことが出来ない。なぜならそれらは偏光を投影し、マイクロレンズのスペックルまたは波紋パターンは両方とも偏光の直交配向が同じなのでマイクロレンズアレイは偏光のスペックルを軽減出来ないからである。
【０００７】
本願発明の目的は、上記した複数の問題のうち少なくともいくつかを軽減させる、または取り除くことである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の態様によると、イメージプロジェクタが提供され、光ビームを提供するための光源と、光ビームを受光出来るよう配置され、光ビームを走査するべく少なくとも１つの振動軸を中心に振動出来るＭＥＭＳミラーと、１または複数の多重ビーム生成器とを備え、１または複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれは、１または複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれが複数の多重ビームを生成出来るようＭＥＭＳミラーにより反射された光ビームを受光するよう配置された平面状ビーム分割器と、平面状ビーム分割器を透過させられた光ビームの一部を受光出来る平面状反射器とを有し、平面状ビーム分割器および平面状反射器は平行になるよう配置され、イメージプロジェクタは、１または複数の多重ビーム生成器により生成された複数の多重ビームを受光するよう配置された集光レンズを備え、１または複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれにおいて、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の距離（ｈ）は、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の光学的距離（ＯＤ）が光ビームのコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなる距離である。
【０００９】
好ましくは、光ビームはコリメート光ビームである。好ましくは、光源はコリメート光ビームを提供するよう構成される。
【００１０】
１または複数の多重ビーム生成器は、平面状ビーム分割素子と平面状反射素子との間にエアギャップがあるように平行に、かつ離間させられて配置された、平面状ビーム分割器を規定する平面状ビーム分割素子と、平面状反射器を規定する平面状反射素子とを有し得、光学的距離（ＯＤ）は、
【数１】
2016535323.tif 000003
【数２】
2016535323.tif 000004
として規定され、ここで、「ｔ」は、平面状ビーム分割素子の厚さであり、「θｉ」は、平面状ビーム分割素子上での光ビームの入射角であり、「ｎ１」は、光ビームが平面状ビーム分割素子に入射する前に通過する物質の屈折率であり、「ｎ」は、平面状ビーム分割素子の屈折率であり、「ｈ」は、平面状ビーム分割素子と平面状反射素子との間の距離であり、「ｎ３」は、エアギャップ内の空気の屈折率である。
【００１１】
１または複数の多重ビーム生成器は、透明な物質のブロックと、ブロックの第１表面上の、平面状ビーム分割器を規定する半反射性物質の平面状コーティングと、ブロックの第２の、反対側の表面上に提供された、平面状反射器を規定する反射性物質の平面状コーティングとを有し得、
光学的距離（ＯＤ）は、
【数３】
2016535323.tif 000005
として規定され、ここで、ｈは、半反射性物質のコーティングと反射性物質のコーティングとの間の距離であり、θ２は、
【数４】
2016535323.tif 000006
であり、ここで、θｉは、半反射性物質の平面状コーティング上での光ビームの入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ１」は、光ビームが半反射性物質の平面状コーティング上に入射する前に通過する物質の屈折率であり、「ｎ」は、半反射性物質の平面状コーティングの屈折率である。
【００１２】
イメージプロジェクタは、光通信を行うように配置された複数の多重ビーム生成器を備え得、複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれの平面状ビーム分割器および平面状反射器は、異なるように方向付けられた複数の面上に位置し、またはそれらと平行に配置される。
【００１３】
平面状ビーム分割器は、４０％を反射し６０％を透過するようなビーム分割比を有するよう構成され得る。好ましくは、平面状ビーム分割器は、４５％を反射し５５％を透過するようなビーム分割比を有するよう構成され得る。
【００１４】
平面状ビーム分割器は、平面状ビーム分割器を透過し平面状反射器により反射される光ビームの一部が平面状ビーム分割器を通過することなく集光レンズへ直接的に通過出来るよう配置され得る。例えば、平面状ビーム分割器の位置は、平面状ビーム分割器が平面状反射器に完全に重ならないように平面状反射器の位置からずらされ得る。代替的に、平面状ビーム分割器は、平面状ビーム分割器が平面状反射器に完全に重ならないよう平面状反射器より小さい寸法を有し得る。ずらされた位置決め、およびより小さい寸法の両方の組み合わせも可能である。
【００１５】
本願発明の態様によると、光アセンブリが提供され、前項のいずれか一項に記載のイメージプロジェクタと、集光レンズを通過した光を受光するよう配置され、受光した光を拡散させるよう構成されたスクリーンと、スクリーンにより拡散させられた光を受光するよう配置されたヘッドアップディスプレイとを備える。
【００１６】
スクリーンは好ましくは拡散体であり、スクリーンはマイクロレンズアレイ、マイクロミラーアレイ、またはホワイトボードであり得る。
【００１７】
好ましくは、イメージプロジェクタは、イメージプロジェクタの集光レンズが、集光レンズの焦点距離と等しい距離だけスクリーンから離れて位置付けられるよう位置決めされる。
【００１８】
光アセンブリは、ビューアの開口数より大きい開口数を有するよう構成され得る。好ましくは、光アセンブリは、ビューアの開口数を表す既定の開口数値より大きな開口数を有するよう構成され得る。最も好ましくは、光アセンブリは、０．０１６より大きい開口数を有するよう構成され得る。光アセンブリの開口数は、（ｄ／２）／（Ｆ．Ｍ）として規定され、ここで、Ｍは、ヘッドアップディスプレイの拡大率であり、Ｆは、集光レンズの焦点距離であり、ｄは、多重ビーム生成器から出力された連続的な２つの多重光ビーム間の、複数の多重光ビームが集光レンズ上に入射する前の距離である。
【００１９】
光アセンブリは、「ｄ」が条件
【数５】
2016535323.tif 000007
【数６】
2016535323.tif 000008
【数７】
2016535323.tif 000009
を満たすよう構成され得、ここで、「ｔ」は、平面状ビーム分割器の厚さであり、「θｉ」は、平面状ビーム分割器上での光ビームの入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ１」は、光ビームが平面状ビーム分割器上に入射する前に通過する物質の屈折率であり、「ｎ」は、平面状ビーム分割器の屈折率であり、「ｈ」は、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の距離であり、「ｎ３」は、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の空間を占有する物質の屈折率である。例えば、「ｔ」は、平面状ビーム分割素子の厚さであり得、「θｉ」は、平面状ビーム分割素子上での光ビームの入射角（ＡＯＩ）であり得、「ｎ１」は、光ビームが平面状ビーム分割素子上に入射する前に通過する物質の屈折率であり（例えば、「ｎ１」は、空気の屈折率であり得）、「ｎ」は、平面状ビーム分割素子の屈折率であり得、「ｈ」は、平面状ビーム分割素子と平面状反射素子との間の距離であり、「ｎ３」は、平面状ビーム分割素子と平面状反射素子との間の空間を占有する物質の屈折率である（例えば、「ｎ３」は、空気の屈折率であり得る）。
【００２０】
光アセンブリは、「ｄ」が条件
【数８】
2016535323.tif 000010
を満たすよう構成され得、ここで、「ｈ」は、平面状ビーム分割器と平面状ビーム反射器との間の距離であり、ｎは、平面状ビーム分割器と平面状ビーム反射器との間の物質の屈折率であり、θｉは、半反射性物質のコーティング上での光ビームの入射角である。例えば、「ｈ」は、透明なブロックの表面上に提供される半反射性物質のコーティングと、透明なブロックの反対側の表面上に提供される反射性物質のコーティングとの間の距離であり得、ｎは、透明なブロックの屈折率であり得、θｉは、半反射性物質のコーティング上での光ビームの入射角で有り得る。
【００２１】
光アセンブリは、「ｄ」が条件
【数９】
2016535323.tif 000011
を満たすよう構成され得、ここで、Ｆは、集光レンズの焦点距離であり、ｋは、多重ビーム生成器の順序を示す整数であり、θｐは、
【数１０】
2016535323.tif 000012
と等しく、λは、光ビームの波長であり、「Ｐ」は、マイクロレンズアレイのピッチである。
【００２２】
ｋは、０、１、２、３、４、...などの任意の整数であり得、好ましくは、ＯＤがコヒーレント光ビームのコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう選択されるべきである。また、それは、光ビームにおいて用いられる全ての波長λに関してＯＤが確実にコヒーレント光ビームのコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう選択され得る（例えば、ｈ＝５．１２である場合、赤色、緑色、青色のそれぞれの光ビームに関してｋ＝４、５、６を選択）。
【００２３】
光アセンブリは、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の距離「ｈ」が
【数１１】
2016535323.tif 000013
と等しくなるよう構成され得、ここで、「ｎ」は、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の物質の屈折率であり、θｉは、ビーム分割器上での光ビームの入射角であり、「ｄ」は、多重ビーム生成器から出力された連続的な２つの多重光ビーム間の、複数の多重光ビームが集光レンズ上に入射する前の距離である。
【００２４】
好ましくは、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の距離「ｈ」は、０．５ｍｍと１０ｍｍとの間である。より好ましくは、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の距離「ｈ」は、３ｍｍ〜４ｍｍの間である。
【００２５】
スクリーンはマイクロレンズアレイを備え得る。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイがマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズ間で複数の異なるピッチ長を有するよう、異なるサイズのマイクロレンズを備え得る。
【００２６】
スクリーンはマイクロミラーアレイを備え得る。マイクロミラーアレイは、マイクロミラーアレイが複数のマイクロミラー間で複数の異なるピッチ長を有するよう、異なるサイズの複数のマイクロミラーを備え得る。連続的なマイクロレンズ間、または複数のマイクロミラー間のピッチ（Ｐ）は
Ｐ＝（Ｐｅｆｆ／ｃｏｓθｓｃａｎ）
と等しくてもよく、ここで、Ｐｅｆｆは、既定の有効ピッチ値であり、θｓｃａｎは、マイクロレンズまたはマイクロミラー上での、プロジェクタデバイスからの光の入射角である。典型的には、既定の有効ピッチ値は、走査された光がマイクロレンズ／マイクロミラーアレイ上に入射するときに、ユーザが経験することを望むようなものとなるようなピッチ値であろう。Ｐは走査角に沿って変化する（すなわち、マイクロレンズまたはマイクロミラーのサイズは変化（走査方向に応じて増加または減少）するので、Ｐｅｆｆは、走査角の全体に亘って既定値のまま一定である。
【００２７】
連続的なマイクロレンズ間、または複数のマイクロミラー間のピッチ（Ｐ）は、
【数１２】
2016535323.tif 000014
と等しくてもよく、ｋは、多重ビーム生成器の順序を示す整数であり、θｉは、平面状ビーム分割器の光ビームの入射角であり、Ｆは、コリメートレンズの焦点距離であり、λは、光ビームの波長であり、「ｈ」は、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の距離であり、ｎは、平面状ビーム分割器と平面状反射器との間の物質の屈折率である。
【００２８】
更なる実施形態において、光源からの独立した赤色光、緑色光、および青色光ビームの連続的な放射が、赤色光、緑色光、および青色光ビームが集光レンズ上の既定の複数のそれぞれの点に入射し、赤色光、緑色光、および青色光ビームが集光レンズによってスクリーン上の同じ点上へ確実に合焦させられるよう色収差を補償するよう、ＭＥＭＳミラーの振動と同期させられる。好ましくは、赤色光、緑色光、および青色光ビームは画素の赤色、緑色、および青色を規定し、ゆえに、各ビームに含まれる赤色光、緑色光、および青色光の量は、投影されることになる同画素に含まれる赤色光、緑色光、および青色光の量と比例する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本願発明は、例示としてのみ示され、複数の図面によって図示される本願発明の複数の実施形態の説明の補助を受けて、よりよく理解されよう。
【図１】本願発明の実施形態に係る光アセンブリの平面図を示す。
【図２】本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリの斜視図を示す。
【図３】本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリの斜視図を示す。
【図４】本願発明の実施形態に係る光アセンブリの平面図を示す。
【図５ａ】本願発明の光アセンブリにおいて用いられ得るスクリーンに関する代替的構成の前面図を提供する。
【図５ｂ】標準的な複数のマイクロレンズアレイをスクリーンとして用いたときに生じる問題を図示する。
【図６】本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリの斜視図を提供する。
【図７】他の光ビームの干渉パターンの複数の極小に重なる光ビームの干渉パターンの複数の極大を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本願発明の実施形態に係る光アセンブリ１の平面図を示す。光アセンブリ１は、本願発明の実施形態に係るイメージプロジェクタ２と、マイクロレンズアレイ３の形態のスクリーン３とを備える。マイクロレンズアレイ３は、複数のマイクロレンズ３'からなるアレイを備える。
【００３１】
スクリーン３がマイクロレンズアレイに限定されないことが理解されるべきである。スクリーン３は任意の適切な形態であり得、例えば、スクリーン３は、壁面、ホワイトボード、または標準的なプロジェクタスクリーンなどマイクロミラーアレイまたは拡散体であり得る。さらに、本例示的実施形態において、マイクロレンズアレイ３に含まれる複数のマイクロレンズ３'のうちそれぞれは、同じサイズであり、したがって、マイクロレンズアレイ３に含まれる複数のマイクロレンズ３'間のピッチ「Ｐ」がマイクロレンズアレイ３中で一定である。しかしながら本願発明の他の実施形態に関して説明されるように、マイクロレンズアレイは異なる複数のサイズを有する複数のマイクロレンズを備え得、マイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズ間のピッチはマイクロレンズアレイ中で異なり得る。ピッチ「Ｐ」は、マイクロレンズの中心と、隣接するマイクロレンズの中心との間の距離である。
【００３２】
イメージプロジェクタ２は、コリメート光ビーム５を提供する光源４と、コリメート光ビーム５を受光出来るように配置されたＭＥＭＳミラー６とを備える。ＭＥＭＳミラー６は、２次元においてコリメート光ビーム５を走査出来るよう２つの直交する振動軸７ａ、ｂを中心に振動するよう構成される。ＭＥＭＳミラー６が任意の数の振動軸を中心に振動するよう構成され得ることが理解されよう。例えば、ＭＥＭＳミラー６は、１次元においてコリメート光ビーム５を走査出来るよう単一の振動軸を中心に振動するよう構成され得る。更なる変形例において、イメージプロジェクタ２は、互いに光通信を行うように配置された２つのＭＥＭＳミラーを備え得る。それらＭＥＭＳミラーのうち１つは、１つの振動軸を中心に振動するよう構成され、第２のＭＥＭＳミラーは、第１の振動軸に対して直交する第２の振動軸を中心に振動するよう構成され、２つのＭＥＭＳミラーは集合的に、２次元においてコリメート光ビーム５を走査出来る。
【００３３】
イメージプロジェクタ２はさらに、多重ビーム生成器８を備える。多重ビーム生成器８は、ＭＥＭＳミラー６により反射された、コリメート光ビーム５を受光するよう配置された平面状ビーム分割素子９０の形態の平面状ビーム分割器９を備える。平面状ビーム分割素子９０は、コリメート光ビーム５の一部５ｂを反射し、コリメート光ビーム５の他の一部５ａを透過させる。平面状ビーム分割素子９０は、４０％反射し、６０％透過させるビーム分割比を有するよう構成される。
【００３４】
多重ビーム生成器８はさらに、平面状ビーム分割素子９０を透過させられるコリメート光ビームの一部５ａを受光出来、続いて反射出来る平面状反射素子１００（例えば、ミラー）の形態の平面状反射器１０を備える。したがって、多重ビーム生成器８は、単一のコリメート光ビーム５から多重光ビーム１５ａ〜ｃを生成する。明瞭にするために図においては３つの多重光ビーム１５ａ〜ｃのみが図示されているが、多重ビーム生成器８が任意の数の多重光ビームを生成し得ることが理解されるべきである。
【００３５】
平面状ビーム分割素子９０および平面状反射素子１００は平行になるよう配置される。平面状ビーム分割素子９０および平面状反射素子１００はさらに、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の光学的距離が、コリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう配置される（典型的には、コリメート光ビーム５のコヒーレント長は一定値である。コリメート光ビーム５のコヒーレント長は、コリメート光ビーム５を生成する光源４の特性であり、光源４に関する仕様の一部として与えれられる）。光学的距離は、
【数１３】
2016535323.tif 000015
【数１４】
2016535323.tif 000016
として規定され、ここで、「ＯＤ」は、光学的距離であり、「ｔ」は、平面状ビーム分割素子９０の厚さであり、「θｉ」は、平面状ビーム分割素子９０上でのコリメートビーム５（好ましくは、中心ビーム）の入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ１」は、コリメートビーム５が平面状ビーム分割素子９０上に入射する前に通過する物質の屈折率であり（例えば、本例において、コリメートビームが平面状ビーム分割素子９０に入射する前に通過する物質は空気であるので、「ｎ１」は、屈折率「「空気」」と等しい）、「ｎ」は、平面状ビーム分割素子９０の屈折率であり、「ｈ」は、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の距離であり、「ｎ３」は、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の空間１３を占有する物質の屈折率である。本実施形態において、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の空間１３は、「空気」により占有され（すなわち、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間にはエアギャップ１３があり）、コリメートビーム５は、ｎ１＝ｎ３＝１であるよう平面状ビーム分割素子９０上に入射する前に「空気」を通過し、本例において光学的距離は、
【数１５】
2016535323.tif 000017
として規定される。
【００３６】
図１に示される本例は、平面状ビーム分割器９および平面状反射器をそれぞれ規定しておりエアギャップにより分け隔てられた平面状ビーム分割素子９０および平面状反射素子１００を備えているものとして多重ビーム生成器８を図示しているが、多重ビーム生成器８が任意の他の適切な複数の構成を有し得ることが理解されるべきである。例えば、他の実施形態において、厚さ「ｈ」を有する物質、好ましくは透明な物質（例えば、ガラス）のブロックが空間１３を占有する。平面状ビーム分割器９および平面状反射器１０は、物質のブロックの対向する複数の表面に取り付けられ、当接し、または形成され、したがって平面状ビーム分割器９および平面状反射器１０は、一定距離「ｈ」をおいて離れている（この場合、「ｈ」は、物質のブロックの厚さと等しい）。この場合、光学的距離は、
【数１６】
2016535323.tif 000018
として規定され、ここで、「ｈ」は、平面状ビーム分割器９と平面状反射器１０との間の距離（すなわち、物質のブロックの厚さ）であり、θ２は、
【数１７】
2016535323.tif 000019
であり、ここで、「θｉ」は、平面状ビーム分割素子９０上でのコリメートビーム５（好ましくは、中心ビーム）の入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ１」は、コリメートビーム５が平面状ビーム分割素子９０上に入射する前に通過する物質の屈折率であり（例えば、本例において、コリメートビームが平面状ビーム分割素子９０に入射する前に通過する物質は空気であるので、「ｎ１」は、屈折率「「空気」」と等しい）、「ｎ」は、平面状ビーム分割素子９０の屈折率である。
【００３７】
例えば、図１に示される実施形態の変形例において、多重ビーム生成器は、ガラスブロックの一表面にビーム分割コーティングを有し、ガラスブロックの第２の、反対側の表面に反射性コーティングを有するガラスブロックを備え得る。本変形例において、ビーム分割コーティングは平面状ビーム分割器９を規定し、反射性コーティングは、平面状反射器１０を規定し、光学的距離は、
【数１８】
2016535323.tif 000020
として規定され、ここで、「ｈ」は、ビーム分割コーティング（すなわち、平面状ビーム分割器９）と反射性コーティング（すなわち、平面状反射器１０）との間の距離であり、換言すると、「ｈ」は、ガラスブロックの厚さと等しく、θ２は、
【数１９】
2016535323.tif 000021
であり、ここで「θｉ」は、平面状ビーム分割器９上でのコリメートビーム５（好ましくは、中心ビーム）の入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ１」は、コリメートビーム５が平面状ビーム分割器９に入射する前に通過する物質の屈折率（例えば、屈折率「空気」）であり、「ｎ」は、平面状ビーム分割器９の屈折率である。イメージプロジェクタ２はさらに、多重ビーム生成器８から出力された多重光ビーム１５ａ〜ｃを受光するよう配置される集光レンズ１１を備える。
【００３８】
イメージプロジェクタ２は、マイクロレンズアレイ３から、集光レンズ１１の焦点距離と等しい距離「Ｆ」をおいて配置される。
【００３９】
有利に、図１に示される実施形態において、平面状ビーム分割器９（平面状ビーム分割素子９０）および平面状反射器１０（平面状反射素子１００）は、コリメート光ビーム５が多重光ビーム１５ａ〜ｃに分割されるようにする。光学的距離がコリメート光ビームのコヒーレント長の半分より長い、またはそれと等しいので、複数の多重ビームは「独立」している。２つのビームは、それらの複数の光路の間の差がそれら２つのビームを生成した光源のコヒーレント長より長い場合、「独立」している。図１に図示されている光アセンブリ１を参照すると、光ビーム１５ａは平面状ビーム分割素子９０のみによって反射され、連続的な（または隣接する）光ビーム１５ｂは、平面状ビーム分割素子９０により透過させられ、平面状反射素子１００により反射され、再び平面状ビーム分割素子９０によって透過させられる。平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の光学的距離が、コリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長い、またはそれと等しいので、ビーム１５ｂは、少なくとも光源４のコヒーレント長と等しい量だけ、ビーム１５ａが進む光学的距離より長い光学的距離を進む。したがって、連続的な（すなわち、隣接する）多重光ビーム１５ａおよび１５ｂは、互いに独立している。連続する（すなわち、隣接する）他の複数の多重光ビーム（１５ｃなど）も、光源４のコヒーレント長より長い、またはそれと等しい距離だけ少なくとも異なる複数の光路を有するであろう。
【００４０】
平面状ビーム分割器９（平面状ビーム分割素子９０）および平面状反射器１０（平面状反射素子１００）は平行に配置されているので、多重光ビーム１５ａ〜ｃは、集光レンズ１１を用いてマイクロレンズアレイ３上の同じ点１６に合焦させられ、点１６において、投影される画像の単一の画素１７が規定される。コリメート光ビーム５は多重ビーム生成器８により複数の独立した光ビーム１５ａ〜ｃに分割されるので、複数の独立した光ビーム１５ａ〜ｃはそれぞれ、自身のスペックルおよび波紋パターンを生じさせる。したがって、多重光ビーム１５ａ〜ｃが同じ点１６に合焦させられたとき、複数の独立した光ビーム１５ａ〜ｃのうちそれぞれのスペックルおよび波紋パターンは点１６において重なり合い、したがって、平均化されるであろう。したがって、画素１７を見ているビューアが見えるスペックルおよび波紋は軽減させられるであろう。実際に、画素１７を見たときに複数のスペックルおよび波紋パターンを平均化するのはビューアの目である。画像の各画素は、このように、マイクロレンズアレイ３上に投影され、マイクロレンズアレイ３上に投影される画像の全体に亘り、スペックルおよび波紋パターンは軽減される。
【００４１】
平面状ビーム分割器９（平面状ビーム分割素子９０）と平面状反射器１０（平面状反射素子１００）との間の光学的距離が確実にコリメート光ビームのコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるように、典型的には、製造者は、ビーム分割器９上のコリメート光ビーム５（好ましくは、中心ビーム）の最小入射角（「θｉ」）を計算するであろう。最小入射角は、例えば、以下のやり方で見つけられ得る。ＭＥＭＳミラー６が静止している（すなわち、ＭＥＭＳミラー６が振動していない）とき、ＭＥＭＳミラー６によりビーム分割器９に向かって反射されたコリメート光ビーム５は、「中心ビーム」と呼ばれるものを規定する。なお本実施形態において、および本明細書に説明される他の複数の実施形態のうちそれぞれに関して、静止しているときにＭＥＭＳミラー６は振動軸７ａ、ｂを中心に振動しておらず、静止しているときにＭＥＭＳミラー６は、その振動の振幅の中心に位置付けられているものと仮定する。例えば、ＭＥＭＳミラー６が±４５°の間で振動出来る場合、静止しているいるときにＭＥＭＳミラー６は０°に位置決めされている。
【００４２】
製造者は、ビーム分割器９上での中心ビームの入射角「θｉ」を調節および測定出来る。最小入射角は、中心ビームの入射角「θｉ」から、ＭＥＭＳミラーがコリメート光ビーム５を走査出来る最大角度の半分を差し引いたものと等しい。最小入射角に関する値が０°より小さい場合、０°が最小入射角であると見なされる。上記で説明された光学的距離「ＯＤ」に関する式を用いて、および多重ビーム生成器を構成する複数の物質の知られている屈折率を用いて、製造者は、光学的距離が、知られているコリメート光ビームのコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう寸法「ｔ」および「ｈ」を調節出来る。
【００４３】
他のタイプの光アセンブリにおいて、複数の独立した光ビーム１５ａ〜ｃを生成するのに用いられる異なる複数の光源が設けられ、各光源が複数の独立した光ビーム１５ａ〜ｃのうち１つを生成するかもしれない。複数の光ビームのうちそれぞれは異なる複数の光源から来るので、多重光ビーム１５ａ〜ｃは「独立」しているであろう。例えば、第１光源は光ビーム１５ａを生成するのに用いられ得、第２光源は光ビーム１５ｂを生成するのに用いられ得、第３光源は光ビーム１５ｃを生成するのに用いられ得る。本変形例において、平面状ビーム分割器９および平面状反射器１０は要求されない、光アセンブリは、第１、第２、および第３光源が、集光レンズ１１へ直接的に通過させられるそれぞれの光ビーム１５ａ〜ｃを生成するよう構成され得る。
【００４４】
図２は、本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリ２０の斜視図を示す。光アセンブリは、図１に示される光アセンブリ１と同じ複数の特徴のうち多くを備え、同様の複数の特徴には同じ参照番号が与えられている。
【００４５】
光アセンブリ２０はさらに、マイクロレンズアレイ３から光を受光するよう配置されたヘッドアップディスプレイ２１を備える。ヘッドアップディスプレイ２１は、マイクロレンズアレイ３から距離「Ｌ」をおいて配置され、ここで、「Ｌ」は、
（Ｚｅ−ｚ）／Ｍ
と等しく、ここで、「Ｚｅ」は、仮想画像２２を光アセンブリ２０が投影する既定位置から、ビューアが仮想画像２２を見るべき既定位置までの距離であり、「ｚ」は、ヘッドアップディスプレイ２１と、ビューアが仮想画像２２を見るべき既定位置との間の距離であり、「Ｍ」は、ヘッドアップディスプレイ２１の拡大率である。集光レンズ１１によりマイクロレンズアレイ３上に合焦された多重光ビーム１５ａ〜ｃは、マイクロレンズアレイ３により拡散させられる。拡散させられた光２３は、ヘッドアップディスプレイ２１を通過させられ、ヘッドアップディスプレイ２１を超えた位置に仮想画像２２を投影する。仮想画像２２は、マイクロレンズアレイ３上に投影される画像と同じ画像であろうが、しかしながら、仮想画像２２は、ヘッドアップディスプレイ２１により拡大（または縮小）させられ得るのでより大きい（またはより小さい）かもしれない。
【００４６】
光アセンブリ２０は、仮想画像２２を見ているビューア２７の開口数より大きい開口数を有するよう構成される。好ましくは、光アセンブリ２０は、ビューアの開口数を表す既定の開口数値より大きな開口数を有するよう構成される。既定の開口数値は通常０．０１６である。０．０１６は、ビューアから３００ｍｍより長い距離、またはそれと等しい距離だけ離れた仮想画像位置に関して、１〜１０ｍｍの間の瞳孔径を有するビューアの最大開口数である。
【００４７】
光アセンブリ２０の開口数は、
（ｄ／２）／（Ｆ．Ｍ）
として規定され、ここで、Ｍは、ヘッドアップディスプレイ２１の拡大率であり、Ｆは集光レンズ１１の焦点距離であり、「ｄ」は、集光レンズ１１上に入射する前に測定される、多重ビーム生成器８から出力された連続的な２つの（すなわち、隣接する２つの）多重ビーム１５ａ〜ｃの間の距離であり、数式
【数２０】
2016535323.tif 000022
【数２１】
2016535323.tif 000023
【数２２】
2016535323.tif 000024
により得られる。  ここで、「ｔ」は、平面状ビーム分割素子９０の厚さであり、「θｉ」は、平面状ビーム分割素子９０上でのコリメートビーム５（好ましくは、中心ビーム）の入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ１」は、コリメートビーム５が平面状ビーム分割素子９０上に入射する前に通過する物質の屈折率（本例において、屈折率「空気」）であり、「ｎ」は、平面状ビーム分割素子９０の屈折率であり、「ｈ」は、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の距離であり、「ｎ３」は、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の空間１３を占有する物質の屈折率（本例において、屈折率「空気」）である。
【００４８】
図２に示される実施形態の好ましい変形例において、好ましくは、「ｄ」は、以下の数式
【数２３】
2016535323.tif 000025
を満たし、ここで、θｐは、
【数２４】
2016535323.tif 000026
と等しく、ここで、λは、コリメート光ビーム５の波長であり、「Ｐ」は、マイクロレンズアレイ３に含まれるマイクロレンズの中心からそれに隣接するマイクロレンズの中心までの距離であるマイクロレンズアレイ３のピッチであり、ｋは、多重ビーム生成器８の順序を規定する整数であり、θｐは、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち１つのビームの複数の干渉極大（または極小）の間の角度の隔たりである。このことが意味するのは、第１光ビーム１５ａの連続する複数の干渉極大は、０θｐ、１θｐ、２θｐ、３θｐ...などにおいて起こるであろうということである。多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち他の１つのビーム（例えば、第２光ビーム１５ｂ）の干渉パターンの複数の極大が第１光ビーム１５ａの干渉パターンの複数の極小に重なるため、干渉パターンのその複数の極大は、第１光ビーム１５ａの干渉パターンの連続する２つの極大の間に合わなければならない。したがって、第２光ビーム１５ｂの干渉パターンの複数の極大は、θ＝θｐ／２、１．５θｐ、２．５θｐ、３．５θｐ...などで起こらなければならない。
【００４９】
したがって、条件θ＝θｐ／２、１．５θｐ、２．５θｐ、３．５θｐ...などを用いて「ｄ」を計算すると、
ｄ＝Ｆｔａｎ（θ）＝Ｆｔａｎ（θｐ／２）
が得られる。干渉は周期的であるので、この数式はあらゆる奇数（２ｋ＋１）の倍数と等しく、
ｄ＝Ｆｔａｎ［（２ｋ＋１）θｐ／２］
が成り立つ。有利に、「ｄ」に関するこの条件が満たされるとき、波紋の軽減がさらに大きなものとなる。
【００５０】
ビーム分割素子９０上でのコリメート光ビーム５（好ましくは、中心ビーム）の入射角（ＡＯＩ）「θｉ」は、コリメート光ビーム５と、平面状ビーム分割素子９０の平面状な表面９ａに対する法線ベクトルとの間の角度である。好ましくは、ＡＯＩは、中心ビームと、平面状ビーム分割素子９０の平面状な表面９ａに対する法線ベクトルとの間の角度である。ここで、中心ビームは、ＭＥＭＳミラー６が静止しているとき（すなわち、振動軸７ａ、ｂを中心に振動しておらず、換言すると、ＭＥＭＳミラー６が作動させられていないとき）に、平面状な表面９ａに向かって反射されるビームである。例えば、中心ビームを用いて、平面状ビーム分割素子９０の厚さ「ｔ」に関する、および平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の距離「ｈ」の適切な複数の寸法を見つけるよう計算を行い、確実に、平面状ビーム分割素子９０および平面状反射素子１００の「ＯＤ」がコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう、および、光アセンブリ２０の開口数がビューア２７の開口数より大きくなるようにし得る。
【００５１】
中心ビームは、ＭＥＭＳミラーが静止しているしているときにビーム分割器９上に投影されるコリメートビーム５と、ビーム分割素子９０の表面９ａに対する法線との間の角度を測定することにより見つけられる。平面状ビーム分割器の屈折率（「ｎ」）は、典型的には物質のデータシートにより与えられる既知の値である。「ｔ」および「ｈ」の適切な複数の寸法は、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の光学的距離「ＯＤ」がコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう、および光アセンブリ２０の開口数（すなわち、（ｄ／２）／（ＦＭ））がビューア２７の開口数より大きくなるよう選択される。
【００５２】
ビューア２７の開口数は、
（ｙ／２）／（Ｚｅ）
により規定され、ここで、ｙは、ビューア２７の瞳孔径であり、Ｚｅは、光アセンブリ２０が仮想画像２２を投影する既定位置から、ビューアが仮想画像２２を見るであろう既定位置までの距離である。瞳孔径は、各ビューアの顔つき、および環境光の複数の条件に依存し、そのサイズは、１から１０ｍｍの間で変化し得る。好ましくは、ビューア２７に対する仮想画像２２の位置／距離は、既定値であり、「Ｚｅ＝（Ｌ．Ｍ）＋ｚ」と等しい。ここで、「Ｌ」は、マイクロレンズアレイ３とヘッドアップディスプレイ２１との間の距離であり、「ｚ」は、ビューア２７の目に関する既定位置とヘッドアップディスプレイ２１との間の距離である。「Ｌ」は、数式Ｌ＝（Ｚｅ−ｚ）／Ｍを用いて判断され、典型的には、１から５００ｍｍの間である。好ましくは、「ｚ」は、既定値であり、典型的には５００から１２００ｍｍの間である。５００から１２００ｍｍの間の距離は、車のドライバの目と、車内のヘッドアップディスプレイ２１の位置との間の典型的な距離である。好ましくは、「Ｍ」は、仮想画像２２の位置を表す既定値であり、仮想画像２２の位置は、「Ｍ」を変化させることにより変化させられ得る。典型的には、「Ｍ」の既定値は、製造者により与えられる。
【００５３】
製造の間に、Ｚｅ、ｚ、ＭおよびＬに関する一定の複数の既定値が与えられる。好ましくは、ヘッドアップディスプレイの拡大率Ｍは１から２０の範囲である。好ましくは集光レンズの焦点距離Ｆは、５から１０００ｍｍの範囲であり、好ましくはｄが、９．５×１０−４ｍｍから５５ｍｍの範囲であるよう、ｄのために、好ましくはｔおよびｈは、０．１から１００ｍｍの範囲であり、好ましくはｎは、１から４の範囲であり、好ましくはθｉは、０から８９°の範囲である。
【００５４】
製造者は、「ｈ」、「ｄ」に関して適切な複数の値を実現するよう平面状反射素子１００および平面状ビーム分割素子９０を位置付け、「Ｆ」に関して適切な値を実現するよう、確実に光アセンブリ２０が、仮想画像２２を見ているビューア２７の開口数より大きい開口数を有するよう、および平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の光学的距離（ＯＤ）がコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう、マイクロレンズアレイ３の位置および／またはイメージプロジェクタ２の位置を調節し、集光レンズ１１を、適切な焦点距離を有する集光レンズで置き換えるであろう。なお、マイクロレンズアレイ３の位置および／またはイメージプロジェクタ２の位置が動かされた場合、適切な焦点距離を有する集光レンズは、イメージプロジェクタ２とマイクロレンズアレイ３との間に、マイクロレンズアレイから、集光レンズの焦点距離「Ｆ」と等しい距離をおいて位置決められ得る集光レンズである。
【００５５】
例えば、通常の複数の照明条件下で、ビューア２７の目は３ｍｍの大きさであり得、「ｙ＝３ｍｍ」となる。典型的には、自動車用途におけるヘッドアップディスプレイに関して、自動車の真前に仮想画像投影があることが所望されるので仮想画像２２がビューア２７から「Ｚｅ＝２２５０ｍｍ」の距離にあることが所望され得、したがって、ビューア２７の開口数は０．０００６７である。典型的には、「Ｍ」は、システムの小型性のために６と等しい。良好な仮想画像品質を得るために、画素密度は、少なくとも６０画素／度でなければならない。このことは、仮想画像サイズおよび解像度に関する条件を示唆している。例えば、画像は７２０ｐ解像度を有し得、このことは、画像が１２８０×７２０画素を有することを意味している。画像は、２２５０ｍｍの距離から見られた場合に６０画素／度の最小値を有するには、８４６×４７３ｍｍの最大寸法を有さなければならない。拡大率が６である場合、マイクロレンズアレイ３上の画像は、１４１×７９ｍｍの大きさとなる。したがって、確実に寸法１４１×７９ｍｍより小さいかそれと等しい画像がマイクロレンズアレイ３上に生成されるようなＦの適切な寸法を実現するよう、マイクロレンズアレイ３および／または集光レンズ１１の位置が調節され得、および／または、集光レンズ１１が適切な焦点距離を有する集光レンズと置き換えられ得、さもなくば、仮想画像２２の品質が低下するであろう。実際には、このことは、ＭＥＭＳミラー６の全体的な光学走査角に依存するであろう。常に、ＭＥＭＳミラー投影システムにより正しい画像サイズを得ることが可能である。マイクロレンズアレイ３上の画像が小さすぎる場合、集光レンズ１１を適切な焦点距離を有する集光レンズと置き換えることが出来、または、マイクロレンズアレイ上の画像寸法が寸法１４１×７９ｍｍより小さくなるか、それと等しくなるまでイメージプロジェクタ２をマイクロレンズアレイ３からさらに離れるように移動させることが出来る。同様に、マイクロレンズアレイ３上の画像が大きすぎる場合、焦点合わせを行うには、マイクロレンズアレイ上の画像寸法が寸法１４１×７９ｍｍより小さくなるか、それと等しくなるまで、イメージプロジェクタ２をマイクロレンズアレイ３からさらに離れるように移動させ、集光レンズ１１を適切な焦点距離を有する集光レンズと置き換えることが出来る。一旦、寸法１４１×７９ｍｍより小さいかそれと等しいマイクロレンズアレイ３上の画像寸法を提供する「Ｆ」に関する値が見つけられると、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の「ＯＤ」がコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長く、またはそれと等しくなり、光アセンブリ２０の開口数がビューア２７の開口数より大きくなるよう、平面状ビーム分割素子９０の厚さ「ｔ」の適切な値、および、平面状ビーム分割素子９０と反射器要素１００との間の距離「ｈ」の適切な値が判断される。典型的には、「ｄ」が２×Ｆ×Ｍ×０．０００６７＝１．６１ｍｍより長くなる、またはそれと等しくなるよう「Ｆ＝２００ｍｍ」である。
【００５６】
本実施形態において、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の空間１３は空気により占有され、コリメート光ビーム５は平面状ビーム分割素子９０上に入射する前に空気を通過するのでｎ１＝ｎ３＝１であり、入射角θｉは４５°であり、ビーム分割器の物質はガラスであるので「ｎ＝１．５２」であるので、本例において、光学的距離は「ＯＤ＝ｔ／０．８８５＋ｈ／０．７０７」として規定される。「ｔ」および「ｈ」の適切な複数の値は、平面状ビーム分割素子９０と平面状反射素子１００との間の光学的距離（ＯＤ）が、例えば赤色ダイオードレーザーの場合に１ｍｍであり得るコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう選択される。これらの数字から、光アセンブリ２０の「ＯＤ」が少なくとも１ｍｍとなり、「ｄ」が少なくとも１．６１ｍｍとなるよう、光アセンブリ２０における「ｔ」および「ｈ」の寸法を調節し得る。
【００５７】
有利に、図２に図示されているこの光アセンブリ２０の実施形態において、平面状ビーム分割素子９０および平面状反射素子１００は平行に配置され、コリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長い光学的距離を有するので、そのイメージプロジェクタ２は、図１に示される光アセンブリ１のイメージプロジェクタ２と同じ、軽減されたスペックルおよび軽減された波紋パターンの複数の利点を提供する。さらに、光アセンブリ２０は、仮想画像２２を見ているビューア２７の開口数より大きい開口数を有するよう構成されるので、複数の独立した光ビーム１５ａ〜ｃのうちそれぞれにより生じさせられる複数のスペックルパターンは互いに相関を失わせられる。これにより、スペックルの更なる軽減が得られることになる。
【００５８】
さらに、この光アセンブリ２０において、多重ビーム生成器８から出力された連続的な２つの（すなわち、隣接する２つの）多重ビーム１５ａ〜ｃ間の、集光レンズ１１上に入射する前に測定される距離「ｄ」は、
【数２５】
2016535323.tif 000027
と等しいので、この「ｄ」に関する条件は確実に、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち少なくとも１つの干渉パターンの複数の極大が、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち他の少なくとも１つの干渉パターンの複数の極小により正確に重なり、またその逆も当てはまるようにするので、波紋のより良好な軽減が実現される。実際には、多くの多重光ビーム１５ａ〜ｃがあり、異なる複数の光ビームに関して複数の干渉パターンの複数の極大および複数の極小の多くのより正確な重なりがある。
【００５９】
「ｄ」が以下の数式
【数２６】
2016535323.tif 000028
を満たす実施形態において、波紋の更なる軽減が有利に実現され、ここで、θｐは、
【数２７】
2016535323.tif 000029
と等しく、ここで、λは、コリメート光ビーム５の波長であり、「Ｐ」は、マイクロレンズアレイ３に含まれるマイクロレンズの中心からそれに隣接するマイクロレンズの中心までの距離であるマイクロレンズアレイ３のピッチであり、ｋは、多重ビーム生成器８の順序を規定する整数であり、θｐは、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち１つのビームの複数の干渉極大の間の角度の隔たりである。
【００６０】
図３は、本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリ３０の斜視図を示す。図３に示される光アセンブリ３０は、図２に示される光アセンブリ２０と同じ特徴のうち多くを備え、同様の複数の特徴には同じ参照番号が与えられている。
【００６１】
しかしながら、図２に図示される実施形態と対照的に、光アセンブリ３０は、平面状ビーム分割器９と平面状反射器１０との間にガラスブロック８１を有する多重ビーム生成器８０を備える、本願発明の更なる実施形態に係るイメージプロジェクタ２ｂを備える（本願発明がガラスブロックを要求するものに限定されないことは理解されよう。多重ビーム生成器８０においては任意の適切な光学的に透明な物質が用いられ得ることが理解されよう）。平面状ビーム分割コーティング８２がガラスブロック８１の一表面８３上に提供され、平面状反射性コーティング８４が、ガラスブロックの第２の、反対側の表面８５上に提供される。平面状ビーム分割コーティング８２は半反射性物質を備え得、平面状反射性コーティング８４は反射性物質を備え得る。平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４とが平行かつ平面状となるよう、ガラスブロックの対向する表面８３、８５は平坦であり、互いに平行である。本実施形態において、平面状ビーム分割コーティング８２は平面状ビーム分割器９を規定し、平面状反射性コーティング８４は平面状反射器１０を規定し、平面状ビーム分割器９（平面状ビーム分割コーティング８２）と平面状反射器１０（平面状反射性コーティング８４）との間の光学的距離は、
【数２８】
2016535323.tif 000030
により規定され、ここで、「ｈ」は、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の距離（すなわち、ガラスブロック８１のブロックの厚さ「Ｔ」）であり、θ２は、
【数２９】
2016535323.tif 000031
であり、ここで、「θｉ」は、平面状ビーム分割コーティング８２上でのコリメートビーム５（好ましくは、中心ビーム）の入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ１」は、コリメートビーム５が平面状ビーム分割器９上に入射する前に通過する物質の屈折率であり（例えば、本例において、コリメートビームが平面状ビーム分割器９に入射する前に通過する物質は空気であるので、「ｎ１」は、屈折率「「空気」」と等しい）、「ｎ」は、平面状ビーム分割コーティング８２の屈折率である。
【００６２】
本例において、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の距離「ｈ」は、
【数３０】
2016535323.tif 000032
と等しく、ここで、「ｄ」は、多重ビーム生成器８０から出力された連続的な２つの（すなわち、隣接する２つの）多重ビーム（例えば、１５ａおよび１５ｂ、または、１５ｂおよび１５ｃ）が集光レンズ１１上に入射する前の、それら連続的な２つの多重ビーム間の距離「ｄ」であり、θｉは、平面状ビーム分割コーティング８２上でのコリメートビーム５（好ましくは、中心ビーム）の入射角（ＡＯＩ）であり、「ｎ」は、ガラスブロック８１の物質の屈折率である。
【００６３】
例えば、光アセンブリ３０の製造者は、上述した「ｈ」に関する条件が満たされるように適切な厚さ「Ｔ」を有するガラスブロックを選択し得る。
【００６４】
この「ｈ」に関する条件が満たされたとき、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち少なくとも１つの干渉パターンの複数の極大が、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち他の少なくとも１つの干渉パターンの複数の極小により正確に重なり、またその逆も当てはまるようにするので、波紋のより良好な軽減が実現される。実際には、多くの多重光ビーム１５ａ〜ｃがあり、異なる複数の光ビームに関して複数の干渉パターンの複数の極大および複数の極小の多くのより正確な重なりがある。
【００６５】
光アセンブリ３０は、仮想画像２２を見ているビューア２７の開口数より大きい開口数を有するよう構成される。好ましくは、光アセンブリ３０は、ビューアの開口数を表す既定の開口数値より大きな開口数を有するよう構成される。既定の開口数値は通常０．０１６である。０．０１６は、ビューアから３００ｍｍより長い距離、またはそれと等しい距離だけ離れた仮想画像位置に関して、１〜１０ｍｍの間の瞳孔径を有するビューアの最大開口数である。
【００６６】
光アセンブリ３０の開口数は、
（ｄ／２）／（Ｆ．Ｍ）
として規定され、ここで、Ｍは、ヘッドアップディスプレイ２１の拡大率であり、Ｆは集光レンズ１１の焦点距離であり、「ｄ」は、集光レンズ１１上に入射する前に測定される、多重ビーム生成器８から出力された連続的な２つの（すなわち、隣接する２つの）多重ビーム１５ａ〜ｃの間の距離であり、以下の数式により与えられる。
【００６７】
光アセンブリ３０は、集光レンズ１１上に入射する前に測定される多重ビーム生成器８０から出力された連続的な２つの（すなわち、隣接する２つの）多重ビーム（例えば、１５ａおよび１５ｂ、または、１５ｂおよび１５ｃ）間の距離「ｄ」が
【数３１】
2016535323.tif 000033
と等しくなるよう構成され、ここで、「ｎ」は、ガラスブロック８１の屈折率であり、θｉは、平面状ビーム分割コーティング８２上でのコリメート光ビーム５の入射角であり（典型的には、θｉはビーム分割コーティング８２上での中心ビームの入射角として見なされ）、「ｈ」は、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の距離である（すなわち、「ｈ」は、ガラスブロック８１の厚さ「Ｔ」と等しい）。
【００６８】
図３に示される実施形態のより好ましい変形例において、光アセンブリ３０は、多重ビーム生成器８０から出力された連続的な２つの（すなわち、隣接する２つの）多重ビーム（例えば、１５ａおよび１５ｂ、または、１５ｂおよび１５ｃ）の間の、集光レンズ１１に入射する前に測定される距離「ｄ」が
【数３２】
2016535323.tif 000034
と等しくなるよう構成され、ここで、θｐは、
【数３３】
2016535323.tif 000035
と等しく、ここで、λは、コリメート光ビーム５の波長であり、「Ｐ」は、マイクロレンズアレイ３に含まれるマイクロレンズの中心からそれに隣接する複数のマイクロレンズの中心までの距離であるマイクロレンズアレイ３のピッチであり、ｋは、多重ビーム生成器８０の順序を規定する整数であり、θｐは、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち１つのビームの複数の干渉極大（または極小）の間の角度の隔たりである。このことが意味するのは、第１光ビーム１５ａの連続する複数の干渉極大は、０θｐ、１θｐ、２θｐ、３θｐ...などにおいて起こるであろうということである。多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち他の１つのビーム（例えば、第２光ビーム１５ｂ）の干渉パターンの複数の極大が第１光ビーム１５ａの干渉パターンの複数の極小に重なるために、干渉パターンのその複数の極大は、第１光ビーム１５ａの干渉パターンの連続する２つの極大の間に合わなければならない。したがって、第２光ビーム１５ｂの干渉パターンの複数の極大は、θ＝θｐ／２、１．５θｐ、２．５θｐ、３．５θｐ...などで起こらなければならない。
【００６９】
したがって、条件θ＝θｐ／２、１．５θｐ、２．５θｐ、３．５θｐ...などを用いて「ｄ」を計算すると
ｄ＝Ｆｔａｎ（θ）＝Ｆｔａｎ（θｐ／２）
が得られる。干渉は周期的であるので、この数式はあらゆる奇数（２ｋ＋１）倍数と等しく、
ｄ＝Ｆｔａｎ［（２ｋ＋１）θｐ／２］
が成り立つ。「ｄ」がこの条件を満たすよう光アセンブリ３０が構成されたとき、波紋の更なる軽減が実現される。
【００７０】
ビーム分割コーティング８２上でのコリメート光ビーム５の入射角（ＡＯＩ）「θｉ」は、コリメート光ビーム５と、平面状ビーム分割コーティング８２に対する法線ベクトルとの間の角度である。好ましくは、ＡＯＩは、コリメート光ビーム５の中心ビームと、平面状ビーム分割コーティング８２に対する法線ベクトルとの間の角度である。ここで、コリメート光ビーム５の中心ビームは、ＭＥＭＳミラー６が静止しているときに、平面状ビーム分割コーティング８２に向かって反射されるビームである。
【００７１】
例えば、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の「ＯＤ」が、コリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう、および、光アセンブリ２０の開口数（すなわち、（ｄ／２）／（ＦＭ））がビューア２７の開口数より大きくなるようよう光アセンブリ２０を設計または製造するとき、「ｈ」の適切な寸法を見つけるべく（すなわち、ガラスブロック８１の厚さの適切な寸法を見つけるべく）中心ビームのＡＯＩを検討し得る。
【００７２】
中心ビームは、ＭＥＭＳミラーが静止しているしているときにビーム分割器９上に投影されるコリメートビーム５と、ビーム分割素子９の表面８３に対する法線との間の角度を測定することにより見つけられる。平面状ビーム分割器の屈折率は、典型的には物質のデータシートにより与えられる既知の値である。「ｈ」の適切な複数の寸法は、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の「ＯＤ」がコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう、および光アセンブリ３０の開口数（すなわち、（ｄ／２）／（ＦＭ））がビューア２７の開口数より大きくなるよう選択される。
【００７３】
ビューア２７の開口数は、（ｙ／２）／（Ｚｅ）により規定され、ここで、ｙは、ビューア２７の瞳孔径であり、Ｚｅは、光アセンブリ３０が仮想画像２２を投影する既定位置から、ビューアが仮想画像２２を見るであろう既定位置までの距離である。瞳孔径は、各ビューアの顔つき、および環境光の複数の条件に依存し、そのサイズは、１から１０ｍｍの間で変化し得る。好ましくは、仮想画像２２の位置は、既定値であり、「Ｚｅ＝（Ｌ．Ｍ）＋ｚ」と等しい。ここで、「Ｌ」は、マイクロレンズアレイ３とヘッドアップディスプレイ２１との間の距離であり、「ｚ」は、ビューア２７の目に関する既定位置とヘッドアップディスプレイ２１との間の距離である。「Ｌ」は、数式Ｌ＝（Ｚｅ−ｚ）／Ｍを用いて判断され、典型的には、１から５００ｍｍの間である。好ましくは、「ｚ」は、既定値であり、典型的には５００から１２００ｍｍの間である。５００から１２００ｍｍの間の距離は、車のドライバの目と、車内のヘッドアップディスプレイ２１の位置との間の典型的な距離である。好ましくは、「Ｍ」は、仮想画像２２の位置を表す既定値であり、仮想画像２２の位置は、「Ｍ」を変化させることにより変化させられ得る。典型的には、「Ｍ」の既定値は、製造者により与えられる。
【００７４】
製造の間に、Ｚｅ、ｚ、ＭおよびＬに関する一定の複数の既定値が与えられる。好ましくは、ヘッドアップディスプレイの拡大率Ｍは１から２０の範囲である。好ましくは集光レンズの焦点距離Ｆは、５から１０００ｍｍの範囲であり、好ましくはｄが、９．５×１０−４ｍｍから５５ｍｍの範囲であるよう、ｄのために、好ましくはｈは、０．１から１００ｍｍの範囲であり、好ましくはｎは、１から４の範囲であり、好ましくはθｉは、０から８９°の範囲である。
【００７５】
光アセンブリ３０の製造者は、上述した「ｈ」に関する条件が満たされるよう、適切な厚さ「Ｔ」を有するガラスブロックを選択し得、確実に光アセンブリ３０が、仮想画像２２を見ているビューア２７の開口数より大きい開口数を有し、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の光学的距離が、コリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう構成されるよう「Ｆ」の適切な値を実現すべく、マイクロレンズアレイ３および／またはプロジェクタ２の位置を調節する、および、集光レンズ１１を適切な焦点距離を有する集光レンズと置き換えるであろう。
【００７６】
例えば、通常の複数の照明条件下で、ビューア２７の目は３ｍｍの大きさであり得、「ｙ＝３ｍｍ」となる。典型的には、自動車用途におけるヘッドアップディスプレイに関して、自動車の真前に仮想画像投影があることが所望されるので仮想画像２２がビューア２７から「Ｚｅ＝２２５０ｍｍ」の距離にあることが所望され得、したがって、ビューア２７の開口数は０．０００６７である。典型的には、「Ｍ」は、システムの小型性のために６と等しい。良好な仮想画像品質を得るために、画素密度は、少なくとも６０画素／度でなければならない。このことは、仮想画像サイズおよび解像度に関する条件を示唆している。例えば、画像は７２０ｐ解像度を有し得、このことは、画像が１２８０×７２０画素を有することを意味している。画像は、２２５０ｍｍの距離から見られた場合に６０画素／度の最小値を有するには、８４６×４７３ｍｍの最大寸法を有さなければならない。拡大率が６である場合、マイクロレンズアレイ３上の画像は、１４１×７９ｍｍの大きさとなる。したがって、確実に寸法１４１×７９ｍｍより小さいかそれと等しい画像がマイクロレンズアレイ３上に生成されるようなＦの適切な寸法を実現するよう、マイクロレンズアレイ３および／または集光レンズ１１の位置が調節され得、および／または、集光レンズ１１が適切な焦点距離を有する集光レンズと置き換えられ得、さもなくば、仮想画像２２の品質が低下するであろう。実際には、このことは、ＭＥＭＳミラー６の全体的な光学走査角に依存するであろう。常に、ＭＥＭＳミラー投影システムにより正しい画像サイズを得ることが可能である。マイクロレンズアレイ３上の画像が小さすぎる場合、集光レンズ１１を適切な焦点距離を有する集光レンズと置き換えることが出来、または、マイクロレンズアレイ上の画像寸法が寸法１４１×７９ｍｍより小さくなるか、それと等しくなるまでイメージプロジェクタ２ｂをマイクロレンズアレイ３からさらに離れるように移動させることが出来る。同様に、マイクロレンズアレイ３上の画像が大きすぎる場合、焦点合わせを行うには、マイクロレンズアレイ上の画像寸法が寸法１４１×７９ｍｍより小さくなるか、それと等しくなるまで、イメージプロジェクタ２をマイクロレンズアレイ３からさらに離れるように移動させ、集光レンズ１１を適切な焦点距離を有する集光レンズと置き換えることが出来る。一旦、寸法１４１×７９ｍｍより小さいかそれと等しいマイクロレンズアレイ３上の画像寸法を提供する「Ｆ」に関する値が見つけられると、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の「ＯＤ」がコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長く、またはそれと等しくなり、光アセンブリ３０の開口数がビューア２７の開口数より大きくなるよう、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の距離「ｈ」の適切な値が判断される。典型的には、「ｄ」が２×Ｆ×Ｍ×０．０００６７＝１．６１ｍｍより長くなる、またはそれと等しくなるよう「Ｆ＝２００ｍｍ」である。
【００７７】
本実施形態において、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の空間８１はガラスにより占有され、コリメート光ビーム５は平面状ビーム分割コーティング８２上に入射する前に空気を通過するのでｎ１＝１であり、入射角θｉは４５°であり、ビーム分割器の物質はガラスであり「ｎ＝１．５２」であるので、本例において、光学的距離は「ＯＤ＝ｈ／０．７０７」として規定される。「ｈ」の適切な複数の値は、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の光学的距離（ＯＤ）が、例えば赤色ダイオードレーザーの場合に１ｍｍであり得るコリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長くなる、またはそれと等しくなるよう選択される。これらの数字から、光アセンブリ３０の「ＯＤ」が少なくとも１ｍｍとなり、「ｄ」が少なくとも１．６１ｍｍとなるよう、光アセンブリ３０における「ｈ」の寸法が調節され得る。
【００７８】
有利に、図３に図示されている本実施形態において、平面状ビーム分割コーティング８２および平面状反射性コーティング８４は平行に配置され、コリメート光ビーム５のコヒーレント長の半分より長い光学的距離を有するので、そのイメージプロジェクタ２ｂは、図１に示される光アセンブリ１のイメージプロジェクタ２と同じ、軽減されたスペックルおよび軽減された波紋パターンの利点を提供する。さらに、光アセンブリ３０は、仮想画像２２を見ているビューア２７の開口数より大きい開口数を有するよう構成されるので、複数の独立した光ビーム１５ａ〜ｃのうちそれぞれにより生じさせられる複数のスペックルパターンは互いに相関を失わせられる。これにより、スペックルの更なる軽減が得られることになる。
【００７９】
さらに、この光アセンブリ３０において、平面状ビーム分割コーティング８２と平面状反射性コーティング８４との間の距離「ｈ」は、
【数３４】
2016535323.tif 000036
と等しいので、この「ｈ」に関する条件は確実に、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち少なくとも１つの干渉パターンの複数の極大が、多重光ビーム１５ａ〜ｃのうち他の少なくとも１つの干渉パターンの複数の極小により正確に重なり、またその逆も当てはまるようにするので、光アセンブリ３０は向上した波紋の軽減を実現出来る。実際には、多くの多重光ビーム１５ａ〜ｃがあり、異なる複数の光ビームに関して複数の干渉パターンの複数の極大および複数の極小の多くのより正確な重なりがある。
【００８０】
追加的に、「ｄ」が条件
【数３５】
2016535323.tif 000037
を満たすように光アセンブリ３０が構成されたとき、多重光ビーム１５ａ〜ｃの複数の干渉パターンの複数の極大および極小のさらにより正確な複数の重なりが実現される。
【００８１】
最も好ましい実施形態において、「ｈ」は、５．１２ｍｍと等しい。このことにより、多重光ビーム１５ａ〜ｃがそれぞれ、青色、緑色、および赤色光ビームであり、それぞれが４５°の入射角θｉを有し、それぞれの波長値
λｂｌｕｅ＝０．４３８μｍ
λｇｒｅｅｎ＝０．５２０μｍ
λｒｅｄ＝０．６３８μｍ
それぞれのｋ値
ｋｂｌｕｅ＝６
ｋｇｒｅｅｎ＝５
ｋｒｅｄ＝４
およびそれぞれのｎ値
ｎｂｌｕｅ＝１．４７
ｎｇｒｅｅｎ＝１．４６
ｎｒｅｄ＝１．４６
を有するときに、最適な波紋の軽減が提供される。
【００８２】
図７は、図２および３に示される複数の実施形態において波紋の軽減がどのように実現されるかを図示する。図７は、第２光ビーム１５ｂの干渉パターンの複数の極大７１が第１光ビーム１５ａの干渉パターンの複数の極小７２に重なっており、第１光ビーム１５ｂの干渉パターンの複数の極大７３が、第２光ビーム１５ｂの干渉パターンの複数の極小（図中においては見えない）に重なっていることを図示する。
【００８３】
図４は、本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリ４０の平面図を示す。図４に示される光アセンブリ４０は、図１に示される光アセンブリ１と同じ複数の特徴のうち多くを備え、同様の複数の特徴には同じ参照番号が与えられている。光アセンブリ４０が、図２および３に示される光アセンブリ２０、３０の複数の特徴または条件のうち任意の１または複数を有し得ることが理解されよう。
【００８４】
図１に示される光アセンブリと対照的に、本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリ４０は、ガラスブロック４６を備える多重ビーム生成器４１を有する本願発明の更なる実施形態に係るイメージプロジェクタ２ｃを備える（本願発明は、ガラスブロック４６を要求することに限定されないことを理解されよう。任意の適切な光学的に透明な物質が多重ビーム生成器４１において用いられ得ることを理解されよう）。（半反射性物質を備え得る）平面状ビーム分割コーティング４２の形態の平面状ビーム分割器９が、ガラスブロック８１の一表面４９ａ上に提供され、（反射性物質を備え得る）平面状反射性コーティング４３の形態の平面状反射器１０が、ガラスブロック４６の第２の、反対側の表面４９ｂ上に提供される。本実施形態において、平面状ビーム分割コーティング４２は平面状ビーム分割器９を規定し、平面状反射性コーティング４３は平面状ビーム反射器１０を規定する。平面状ビーム分割コーティング４２と平面状反射性コーティング４３とが平行かつ平面状となるよう、第１および第２表面４９ａ、ｂは平坦であり、互いに平行である。
【００８５】
重要なことは、平面状ビーム分割コーティング４２が、平面状反射器コーティング４３から反射された光４５が、平面状ビーム分割器４２を通過することなく平面状反射器コーティング４３から集光レンズ１１へ直接的に通過するように構成されるということである。このことは、平面状ビーム分割コーティング４２が平面状反射器コーティング４３の全体に重ならないようにガラスブロック４６の第１表面４９ａの一部の上のみに平面状ビーム分割コーティング４２を位置決めすること、および／または、平面状ビーム分割コーティング４２が平面状反射器コーティング４３の全体に重ならないよう平面状反射器コーティング４３の周囲より小さい周囲を有する平面状ビーム分割コーティング４２を提供することにより実現され得る。図４に図示される本実施形態において、平面状ビーム分割コーティング４２は、平面状ビーム分割コーティング４２が平面状反射器コーティング４３の全体に重ならないようガラスブロック４６の第１表面４９ａの一部のみの上に提供される。したがって、平面状ビーム分割コーティング４２を通過するコリメート光ビーム４５は、平面状反射器コーティング４３により、平面状ビーム分割コーティング４２を通過することなく直接的に集光レンズ１１へ反射させられる。多重ビーム分割器４１は、平面状ビーム分割コーティング４２を規定するガラスブロック４６の一表面上にガラスブロック４６および平面状ビーム分割コーティング４２を備え、ガラスブロック４６の反対側の表面上に提供される平面状反射性コーティング４３は平面状反射器４３を規定する。
【００８６】
有利に、平面状反射器４３により反射させられた光ビーム４５は、平面状ビーム分割器４２を通過することなく平面状反射器４３から集光レンズ１１へ直接的に通過させられるので、単一のコリメート光ビーム４５から２つのビーム４８ａ、４８ｂのみが、多重ビーム分割器４１により生成され、これら２つのビーム４８ａ、ｂは、同様の光強度を有する。これら２つのビーム４８ａ、ｂが集光レンズ１１によってマイクロレンズアレイ３上の同じ点１６に合焦させられたとき、２つのビーム４８ａ、ｂのうちそれぞれは、同じ強度の干渉パターンを生じさせ、光ビーム４８ａのうち１つの干渉パターンの複数の極大が他の光ビーム４８ｂの干渉パターンの複数の極小に位置付けられるように互いに対して角度的にずれている。２つのビーム４８ａ、ｂは同じ光強度を有するので、それら干渉パターンは完璧に平均化され、波紋が軽減させられた一定の光強度の画像が得られる。
【００８７】
図４に示される実施形態の変形例において、ガラスブロックが多重ビーム生成器に提供されないことを理解されよう。むしろ、多重ビーム生成器は単純に、エアギャップ１３により分け隔てられた機械的に独立した複数の構造として平面状ビーム分割素子９０および平面状反射素子１００を備える、図１に示される光アセンブリ１のイメージプロジェクタ２の多重ビーム生成器８の形態であり得る。本変形例において、平面状ビーム分割素子９０および平面状反射素子１００は、単純に平面状ビーム分割素子９０が平面状反射素子１００に完全に重ならないよう位置決めされ得る。または、平面状ビーム分割素子９０は、平面状ビーム分割素子９０が完全に平面状反射素子１００に重ならないよう平面状反射素子１００の周囲より小さい周囲を有するよう寸法決めされ得る。これにより、平面状反射素子１００から反射させられた光４５は、平面状ビーム分割素子９０を通過することなく直接的に平面状反射素子１００から集光レンズ１１へ通過させられる。
【００８８】
図６は、本願発明の更なる実施形態に係る光アセンブリ６０を図示する。光アセンブリ６０は、図１〜４に示される光アセンブリ（１、２０、３０、４０）と同じ複数の特徴のうち多くを備え、同様の複数の特徴には同じ参照番号が与えられている。光アセンブリ６０が図１〜４に図示される複数の実施形態の複数の特徴のうち何れも含み得ることが理解されよう。
【００８９】
他の複数の実施形態と異なり、光アセンブリ６０は、互いに光通信を行うように配置させられた複数の多重ビーム生成器６１、６２を備える。多重ビーム生成器６１、６２のうちそれぞれは、既に説明された他の光アセンブリの複数の実施形態のうち何れかに図示された多重ビーム生成器８、４１、８０の複数の特徴のうち１または複数を備え得る。
【００９０】
複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれは、それぞれが異なるように方向付けられた面６４、６５上に位置する、またはそれらと平行であるよう異なるよう方向付けられる。本例において、多重ビーム生成器６１の平面状ビーム分割器９および平面状反射器１０は、第１面６４上に位置し、またはそれと平行であり、多重ビーム生成器６２の平面状ビーム分割器９および平面状反射器１０は、第２平面６５上に位置し、またはそれと平行である。第１面６４および第２平面６５は、面６４、６５間に１２０°の角度があるよう方向付けられる。好ましくは、多重ビーム生成器６１の第１面６４は、（１  ０  １）に沿って方向付けられ、多重ビーム生成器６２の第２平面６５は、（−１  −１  ０）に沿って方向付けられる。２つの面間の角度は１２０°である。面の方向付けは、面に対して垂直なベクトル（ｘ  ｙ  ｚ）により規定される。第１面６４は、（１  ０  １）ベクトル６６に対して直角となるよう方向付けられ、第２平面６５は、（−１  −１  ０）ベクトル６７に対して直角となるよう方向付けられる。
【００９１】
光アセンブリ６０は異なる面６４、６５上に位置する２つの多重ビーム生成器６１、６２のみを図示しているが、任意の数の多重ビーム生成器が光アセンブリ６０内に提供され得、それぞれの多重ビーム生成器が他の多重ビーム生成器と光通信を行っており、複数の多重ビーム生成器のうちそれぞれの平面状ビーム分割器９および平面状反射器１０は、異なるように方向付けられた面上に位置し得、またはそれらと平行であることが理解されよう。
【００９２】
有利に、光通信を行っており、異なるように方向付けられた面６４、６５上に位置する、またはそれらと平行である２つの多重ビーム生成器６１、６２を光アセンブリ６０が備えるので、このことは、スペックルおよび波紋の更なる軽減の実現を可能とする。なぜなら、２つの多重ビーム生成器６１、６２を用いるときに複数の多重ビームの２Ｄアレイ６９が生じさせられるからである。２Ｄ多重ビームアレイ６９の複数の多重ビームのうちそれぞれは、集光レンズ１１によりマイクロレンズアレイ３上の同じ点１６へと合焦させられて単一の画素１７を規定する。複数のスペックルパターンまたは波紋パターンが点１６において生じさせられるので、それらは２Ｄにおいて平均化し、スペックルおよび波紋の軽減の向上がもたらされる。投影される画像の各画素はこのように投影され、投影される画像の全体に亘りスペックルおよび波紋が軽減される。
【００９３】
図１に図示されている実施形態において言及されたように、マイクロレンズアレイ３に含まれる複数のマイクロレンズ３'のサイズは全て等しいが、しかしながら、本願発明の変形例において、マイクロレンズアレイ３は、図５ａに示されるように異なるサイズのマイクロレンズを有するよう構成され得る。図５ａは、本願発明の複数の実施形態の何れにおいても用いられ得るスクリーン３に関する代替的構成の斜視図を示す。図５ａは、異なるようにサイズ決めされたマイクロレンズ５１を備えるマイクロレンズアレイ５０の形態のスクリーン３を図示する。したがって、マイクロレンズアレイ５０において、マイクロレンズアレイ５０に含まれる複数のマイクロレンズ５１間のピッチ「Ｐ」は、マイクロレンズアレイ５０中で異なる。より正確には、本例において、マイクロレンズアレイ５０に含まれる複数のマイクロレンズ５１のサイズは、マイクロレンズの中心の列５３からマイクロレンズアレイ５１のマイクロレンズの最も外側の列５４に向かって増加する。それぞれの列５３、５４に沿ったマイクロレンズのサイズは等しいが、しかしながら、実施形態の変形例において、それぞれの列５３、５４に沿ったマイクロレンズのサイズは大きくなり得る、または小さくなり得る。
【００９４】
実施形態の更なる変形例において、マイクロレンズアレイ５０に含まれる複数のマイクロレンズ５１のサイズは、マイクロレンズの中心の行５６からマイクロレンズアレイ５１のマイクロレンズ５７の最も外側の行に向かって大きくなり得る。それぞれの行５６、５７に沿ったマイクロレンズのサイズは等しくてもよいが、しかしながら、本願発明の更なる変形例において、それぞれの行５６、５７に沿ったマイクロレンズのサイズは大きくなり得る、または小さくなり得る。
【００９５】
具体的には、マイクロレンズアレイ５０に含まれる複数のマイクロレンズ５１のサイズは、連続的なマイクロレンズ５１間のピッチが
（Ｐｅｆｆ／ｃｏｓθｓｃａｎ）
と等しくなるサイズである。ここで、Ｐｅｆｆは、既定の有効ピッチ値であり、θｓｃａｎは、プロジェクタデバイスから放射された光ビームのそのマイクロレンズ５１上での入射角である。「有効ピッチ」は、入射する光の方向θｓｃａｎに沿ったマイクロレンズのピッチの投影である。
【００９６】
図５ｂは、マイクロレンズアレイの全てのマイクロレンズが等しいサイズを有する複数のマイクロレンズアレイにおいて起こる問題を図示している。光ビームがマイクロレンズアレイ中を走査される際、マイクロレンズアレイ上での光ビームの入射角は、走査振幅に亘って変化するであろう。光ビームが最も外側のマイクロレンズに向かって走査される際、隣接するマイクロレンズの複数の中心間の物理的距離より小さい「有効ピッチ」を光ビームが経験するよう、入射角は小さくなるであろう。このことによって、走査振幅に沿った干渉パターンが変化することとなり得る（ここで、走査振幅は、振動するＭＥＭＳミラー６がコリメート光ビーム５を走査する振幅である）。干渉パターンの２つの極大間の角度はθｐ＝λ／Ｐにより規定されるので、走査振幅が大きくなると、「有効ピッチ」はより小さくなり、したがって、θｐはより大きくなり、ＭＢＧの計算される厚さは、複数の干渉パターンを完璧に平均化するには最適ではない。有利に、図５ａに示されるマイクロレンズアレイは、この問題を解決する。複数のマイクロレンズは、連続的なマイクロレンズ５１間のピッチが（Ｐｅｆｆ／ｃｏｓθｓｃａｎ）と等しいようサイズ決めされるので、光ビームが経験する「有効ピッチ」が走査振幅全体で等しいようＭＥＭＳミラー６による光ビームの走査が補償される。
【００９７】
図５ａおよび５ｂに示されるマイクロレンズアレイ５０の更なる変形例において、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズ５１はさらに、それらがコリメート光５ビームの平面状ビーム分割器９上での、コリメート光ビーム５が振動しているＭＥＭＳミラー６によって走査されたときに起こる入射角の変化を補償するようサイズ決めされ得る。この場合、好ましくは、光アセンブリは、図３に示される光アセンブリ３０の形態であり得、光アセンブリ３０は、平面状ビーム分割器９（ビーム分割コーティング８２と平面状反射器１０（反射性コーティング８４）との間の距離「ｈ」が
【数３６】
2016535323.tif 000038
により与えられるよう構成される。
【００９８】
ビーム分割コーティング８２と反射性コーティング８４との間のガラスブロック８１の厚さ「Ｔ」は、平面状ビーム分割器９（ビーム分割コーティング８２）と平面状反射器１０（反射性コーティング８４）との間の距離「ｈ」を規定する。したがって、光アセンブリ３０は、「ｈ」に関する上記の条件が、適当な厚さを有するガラスブロック８１を選択することにより満たされるよう構成される。
【００９９】
光アセンブリ３０は、多重ビーム生成器８０から出力された連続的な２つの（すなわち、隣接する２つの）多重ビーム１５ａ〜ｃ間の、集光レンズ１１上に入射する前に測定される距離「ｄ」が
【数３７】
2016535323.tif 000039
であるよう構成される。
【０１００】
光アセンブリ３０は、「ｈ」および「ｄ」に関する上記の複数の条件が「中心ビーム」に関して満たされるよう構成される。走査角の振幅が大きくなると、θｉは変化し、したがって、「ｄ」に関する条件を満たすために要求される「ｈ」の値も変化するであろう。しかし、ビーム分割器および反射器が好ましくは平面状であるべきなので、変化する厚さ「ｈ」を得るのは難しい。本解決手段において、マイクロレンズ間のピッチが大きくなるマイクロレンズアレイを用いることにより、変数θｐ＝λ／Ｐは走査角に亘って変化させられる。例えば、「ｄ」に関する条件は、入射角θｉの変化によらず一定である。好ましくは、マイクロレンズアレイ５０に含まれるマイクロレンズ間のピッチＰは好ましくは、以下の数式
【数３８】
2016535323.tif 000040
に従って変化すべきである。ここで、この数式の全ての変数は光アセンブリ３０の設計により固定されており、θｉは、ＭＥＭＳミラー６の走査と共に変化する。
【０１０１】
図５ａに示されるスクリーン３は、マイクロレンズアレイ５０の形態であるが、代替的に、スクリーン３は、連続的なマイクロミラー間の複数のピッチの条件がマイクロレンズアレイ５０に関して上記で説明されたものと同じであるマイクロミラーアレイの形態であり得ることが理解されるであろう。上記で説明された複数の光アセンブリの何れも図５ａに示される形態のスクリーン３を有し得ることも理解されるであろう。代替的に、スクリーン３がマイクロミラーアレイを備え得、同様にマイクロミラーアレイに含まれる連続的なマイクロミラー間のピッチが（Ｐｅｆｆ／ｃｏｓθｓｃａｎ）と等しくてもよいことも理解されるであろう。
【０１０２】
さらに、上記のイメージプロジェクタ２、２ｂ、２ｃおよび／または光アセンブリの実施形態１、２０、３０、４０、６０のうちそれぞれにおいて、集光レンズ１１が任意の適切な形態であり得ることが理解されるであろう。例えば、集光レンズ１１は、シンプルな集光レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、またはＦθレンズであり得る。追加的に、または代替的に、集光レンズ１１はさらに、色収差を修正するよう構成され得る。例えば、集光レンズ１１は、色消しダブレットなどの色消しレンズ、または色収差を修正するよう構成された面格子を有するレンズであり得る。
【０１０３】
上記のイメージプロジェクタ２、２ｂ、２ｃおよび／または光アセンブリの実施形態１、２０、３０、４０、６０のうちそれぞれにおいて、光源４は、パルス状に複数のコリメート光ビーム５を放射するよう構成され得、それぞれの光パルスが、投影される画像の単一の画素を規定する。各パルスは、投影される画像の対応する画素を規定するために必要な量の赤色光、緑色光、および青色光ビームを備え得る。したがって、この場合、赤色光、緑色光、および青色光ビームは、同じパルスで同時に光源により放射される。同じパルスで赤色光、緑色光、および青色光ビームを得ることにより生じ得る１つの問題は、赤色光、緑色光、および青色光ビームのうちそれぞれが集光レンズ１１上の同じ位置に入射するということである。結果として、色収差に起因して、赤色光、緑色光、および青色光ビームは、スクリーン３上の異なる複数の点で合焦させられ、したがって、投影される画素の解像度が損なわれる。
【０１０４】
この問題を取り除く、または軽減させるために、光源４は、緑色光、赤色光、および青色光ビームの複数のパルスを、同じパルスで同時に放射するではなく、むしろ、独立した複数のパルスで連続的に放射するよう構成され得る。好ましくは、緑色光、赤色光、および青色光ビームの放射時間は、赤色光、緑色光、および青色光ビームが集光レンズ１１上の既定のそれぞれの複数の位置において入射するよう、振動するＭＥＭＳミラー６の方向付けと同期させられる。既定のそれぞれの複数の位置は、赤色光、緑色光、および青色光ビームが集光レンズ１１によりスクリーン３上の同じ点に合焦させる位置である。
【０１０５】
集光レンズ１１の色収差は既知の値である。典型的には、レンズの製造者から知らされ、または、光学における周知の複数の数式を用いて計算され得る。またそれは、集光レンズ１１の後ろに置かれた検出器を用いて測定され得る。したがって色収差は、投影される画像の画素毎に知られている。光アセンブリは、ＭＥＭＳミラーの振動６の位置および速度が常に知られているように、その振動軸７ａ、７ｂに関するＭＥＭＳミラー６の振動の位置および速度を測定するよう構成された位置センサも含み得る。ＭＥＭＳミラー６の速度および位置を知っていること、および、赤色光、緑色光、および青色光ビーム毎に集光レンズ１１の色収差を知っていることにより、緑色光、赤色光、および青色光ビームが集光レンズ１１によりスクリーン３上の同じ点に合焦させられるよう色収差を補償すべく、緑色光、赤色光、および青色光ビームの放射時間を計算することが可能になる。
【０１０６】
例えば、色収差の複数の効果に起因して、画素の青色光の部分は、ＭＥＭＳミラーの任意の走査角αにおいて、画素の緑色光の部分に対して「ｘｍｍ」である一定距離だけずらされる。この任意の走査角αにおいて、ＭＥＭＳミラーの振動６の速度は「ω」度／秒であり、走査スポット１６は、速度「ｖ」ｍｍ／ｓでスクリーン３上を移動する。色収差の複数の効果を補償するべく、光源４は、投影されることになる画素毎に、連続的に青色光、赤色光および緑色光の独立した複数のパルスを放射するよう構成される。赤色、緑色および青色パルスはスクリーン３上で組み合わさって、画素を形成する。各パルスにおける青色光、赤色光および緑色光の量は、投影されることになる画素の青色、赤色および緑色の量に依る。重要なことは、本願発明において、ＭＥＭＳミラー６がその任意の走査角αにあり、「ω」度／秒の速度で振動していることが検出されたとき、青色および緑色パルスがスクリーン３上の同じ位置１６に入射して画素１７を形成するよう、画素の青色の部分を規定することになる青色光パルスは、画素の緑色の部分を規定することになる緑色光パルスの後に「ｔ＝ｘ／ｖ」秒の時間遅延をおいて、放射される。同様の処理が、赤色光パルスの放射に関して行われる。「ｔ」は、連続的な赤色、緑色および青色パルスの間の時間遅延を規定する。ＭＥＭＳミラー６の収差および速度もＭＥＭＳミラー６の振動振幅の全体に亘って変化するので、緑色光、赤色光、および青色光ビームの放射の時間遅延は、ＭＥＭＳミラー６の位置毎に変化し得る。したがって赤色光、緑色光、および青色光ビームがスクリーン３上の同じ点上に集光レンズ１１により合焦させられるようそれらを集光レンズ１１上の既定の複数のそれぞれの点上に入射するようにする、光源４からの独立した赤色光、緑色光、および青色光ビームの放射の、ＭＥＭＳミラーの振動との同期は、色収差を修正するのに用いられ得る。
【０１０７】
付属の複数の請求項によって規定される本願発明の範囲から逸脱することなく、本願発明の説明された複数の実施形態の様々な修正例および変形例が当業者には明らかとなろう。本願発明が特定の好ましい複数の実施形態に関連して説明されてきたが、特許請求される本願発明がそのような特定の実施形態に不当に限定されるべきではないことが理解されるべきである。
【図１】
2016535323.tif 000053
【図２】
2016535323.tif 000054
【図３】
2016535323.tif 000055
【図４】
2016535323.tif 000056
【図５ａ】
2016535323.tif 000057
【図５ｂ】
2016535323.tif 000058
【図６】
2016535323.tif 000059
【図７】
2016535323.tif 000060
【国際調査報告】
2016535323.tif 000061
2016535323.tif 000062
2016535323.tif 000063