JP2004534276A - 画像投影装置および方法 - Google Patents

Abstract

画像投影装置および方法が提示されている。この装置は、ＳＬＭピクセル配置によって形成される空間光変調器（ＳＬＭ）ユニットのアクティブ面に照射する光ビームを生成するよう動作可能な光源系と、ＳＬＭユニットの出力側に収容された拡大光学素子とを有する。ＳＬＭピクセル配置に照射する光ビームは、前記アクティブ面のサイズに対応する所定の断面を有する。ＳＬＭユニットは、ピクセル配置の両側に第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを有し、第１のアレイの各レンズおよび第２のアレイのそれぞれ対向するレンズが、ＳＬＭピクセルのうち対応する１つのピクセルに関連付けられている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の画像投影装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロディスプレイは小型化された表示装置であり、通常は対角線長が１．５インチ未満の画面サイズを備えるものである。マイクロディスプレイは一般に、データ投影装置、ヘッドマウントディスプレイ、およびデジタルカメラの従来型ファインダに使用されている。マイクロディスプレイは、コンピュータの画面全体を表示することができるので、小型の投影装置、ウェブサーフィンおよびテレビ会議用に携帯型インターネット家電、携帯電話に実装することができる。
【０００３】
ほとんどのマイクロディスプレイでは、基板素材としてシリコンチップ製の光弁を使用する。チップはさらに、アドレッシング電子技術（少なくとも統合ドライバによるアクティブマトリックス）を内蔵しており、通常は、極めて信頼性と安定性の高い回路と、非常に小さいピクセルピッチ（１０ミクロンまで、あるいはこれをさらに下回る）と、高モニタ解像度を実現する標準的なＣＭＯＳ技術において実装されている。
【０００４】
既知の反射型および透過型の光弁がある。反射型光弁は、表示される画像に光を反射させて視聴者のレンズまたは投影レンズに跳ね返す。透過型光弁は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）およびＥＬ（エレクトロルミネーション）テクノロジを使用するバックライト付きポータブルコンピュータディスプレイと類似している。一般的な反射型光弁は、反射型シリコン（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon）および傾斜マイクロミラー（ＤＭＤ）に基づいている。一般的な透過型光弁は、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）に基づいている。
【０００５】
前述のような透過型マイクロディスプレイを使用するプロジェクタは通常、光源と空間光変調器（ＳＬＭ）を含む光学パスを備えており、その間にビーム整形光学コンポーネントおよび偏光コンポーネントが配置されている。もう１つの偏光コンポーネントおよび拡大光学コンポーネントは一般にＳＬＭと投影表面の間に配置されている。ＳＬＭは、映像処理ドライバに接続され、入力信号に従って光の画像変調を生成する。
【０００６】
マイクロディスプレイに基づく既知の投影装置の設計における一般的な光学上の問題点としては、低いエネルギー効率、光源の非均一な強度分布（ＳＬＭ表面上のガウス分布など）と強度損失による、出力画像の低輝度および非均一性、出力画像の低い焦点深度があげられる。レーザーベースの投影装置では、光の斑点状の模様が画像上に広がるレーザー光源の「スペックル」現象も技術的な問題となっている。光学的な問題およびハードウェア実装に直接関連する一般的な問題としては他に、サイズ、重量、光学上の複雑さ、消費電力、投影装置全体のモビリティがある。
【０００７】
前述の１つまたは複数の問題点の克服をめざして対処したさまざまな方法と装置が、次のように開示されている。
【０００８】
特許文献１では、反射型光弁を利用する小型のエネルギー効率に優れた投影ディスプレイが開示されている。光源の出力ビームは、少なくとも１つの空間光変調器によって受け取られる。変調された出力ビームは、平行化されて結合される。投影レンズは、平行化され結合された出力ビームを受け取り、それらを投影スクリーンに向けて送り出す。白色光源ではなく、連続ストローブＲＧＢ光源を使用することにより、優れたエネルギー効率が達成される。
【０００９】
特許文献２では、反射型複屈折（二重屈折性）光弁を含む高解像度投影ディスプレイ用光システムが開示されている。ＬＣＤ投影装置は、偏光ビームスプリッタ、カラー画像合成プリズム、照明システム、投影レンズ、カラーおよびコントラスト調節用フィルタ、ならびにスクリーンを備えている。照明システムは、メタルハライドアークランプなどの光源、光源から放射される赤外線および紫外線を除去するための光源からの光学パスに配置された赤外線および紫外線フィルタ、均一な光強度を供給するための光トンネル、照明システム出力面を拡大して前記面を液晶光弁上に投影するためのリレーレンズシステムを含んでいる。
【００１０】
特許文献３では、ＳＬＭおよび偏光光源系を有する画像投影装置が開示されている。この光学系では、少なくとも１つの二次曲面または平面の光学素子によって操作された偏光を用いて、折り返しミラー系を達成し、複数の偏光状態の入力光成分を利用することによって画像をスクリーンに投影させ、これにより偏光フィルタリングによる光学システムの強度損失を軽減する。この系は、ＳＬＭの個々の領域に対して実質的に直交の偏光の光成分を供給し、投影スクリーンに出力されるようにしている。
【００１１】
特許文献４では、レーザー装置、およびビームパス変位を通じてスペックル抑制が可能な反射液晶光弁を備えるレーザー投影装置が開示されている。これは、投影中にビームを屈折させ、それによりビームの吸収および拡散を防ぎ、しかも擬似平行化（非交差光線）を保持する。後者は、無限の鮮明度にとって重要になる。パス変位は、光弁のビームを走査することによって達成されるが、これはまた、エネルギー効率、輝度、コントラスト、（レーザーモードのリップルとアーティファクトを抑えることによる）ビーム均一性、および装置層間でビームを転送する便利なビーム転向においていくつかの機能強化ももたらす。偏向効果は、検流計または回転式振動のモーターに搭載されたミラーによって行われる。画像は、光弁制御ステージ（光学的または電子的）の連続部分に増加的に書き込まれ、同時にレーザーの「読み取りビーム」が出力ステージで同期化される。ビームは、マスキングのためのエネルギーの損失もほとんどなく、表示スクリーンおよび光弁に移される浅い断面に整形される。ビームスプリッタ／アナライザキューブは、偏光シートよりも好ましい。光弁によって提供され、擬似平行化によって維持される空間変調により、凹凸のある投影媒体上での画像化が可能になる。
【００１２】
特許文献５では、偏光された光の明るい光源、および投影偏光を変調するために位置合わせ層を持つ空間光変調器を含み、明るい偏光光源が偏光された光が、望ましくない遮光偏光器を必要とすることなく通過するように位置合わせ層に位置合わせされる、小型投影システムが開示されている。偏光レーザー光源の使用およびその光弁との適切な位置合わせにより、実質的にレーザー光ビームのすべてがＳＬＭによって利用されて投影画像を形成できるようになる。したがって、フィルタおよび／または偏光器を光弁と共に使用することなく、レーザーの光学出力の強度損失が軽減される。さらに、レーザーから発せられる光が偏光され、そのため、レーザー光エネルギーを低減させてしまいかねない偏光フィルタを使用する必要はない。
【００１３】
特許文献６では、ビームシェイパーに接続され、明るい（つまり均一な強度分布を持つ）投影光ビームがＳＬＭに照射されるように生成するマイクロレーザーアレイを含む、レーザー照光およびＳＬＭベースの投影システムが開示されている。ビームシェイパーは、投影光ビームの形状と強度プロファイルを修正するためのバイナリフェーズプレート、マイクロレンズアレイ配置またはディフューザ配置を含んでいる。したがって、光弁を照射するレーザー光は、極めて高輝度の画像を投影するための均一な強度分布を有し、実質的に光弁のピクセルの部分に限定される。
【特許文献１】
米国特許第５，９７１，５４５号
【特許文献２】
米国特許第５，７７７，７８９号
【特許文献３】
米国特許第５，９７５，７０３号
【特許文献４】
米国特許第６，１８３，０９２号
【特許文献５】
米国特許第５，５１７，２６３号
【特許文献６】
米国特許第５，７０４，７００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
当技術分野においては、新規な小型投影装置および方法を提供することによって画像の投影を容易にする必要がある。
【００１５】
本発明による装置は、軽量かつ高性能で、しかも高比率の偏光光源を利用することができ、高効率のＳＬＭが、スペックルに関連する影響を大幅に軽減するように、画像化するデータに対しデジタル処理を行い、均一性を向上させるために投影された画像に対しデジタル処理を行う。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１つの広範な態様によれば、ＳＬＭピクセル配置によって形成される空間光変調器（ＳＬＭ）ユニットのアクティブ面上に入射される、所定の断面の入射光ビームを生成することができ、前記入射光ビームの所定の断面が前記アクティブ面の大きさに対応する光源系と、ＳＬＭユニットの出力側に収容されている拡大光学素子とを有する画像投影装置であって、前記ＳＬＭユニットがＳＬＭピクセル配置の両側に第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを有し、第１アレイの各レンズおよび第２アレイのそれぞれ対向するレンズが、ＳＬＭピクセルのうち対応する１つのピクセルに関連付けられることを特徴とする、画像投影装置が提供される。
【００１７】
本発明による装置は、光の偏光を必要としない透過型ＳＬＭタイプを利用すること、あるいは特別に偏光された光で動作するようなＳＬＭを利用することもできる。後者の場合、装置はＳＬＭ入力光および出力光の特定の偏光を提供するように設計される。これは、ＳＬＭの出力側で偏光器ユニットを使用する、もしくは、入力偏光器または高比率偏光を生成するような光源を使用することにより実施できる。入力偏光器は、光源系またはＳＬＭユニットの一部であってもよい。
【００１８】
光源系は、入射光ビームの断面内に実質的に均一な強度分布を提供するよう動作可能な光学的配置を有することもできる。この光学的配置は、ビーム強度分布を修正してビームの実質的に均一な強度分布をその断面内に生成するように動作可能な回折素子（一般に「トップハット」と呼ばれる）を含んでいる。
【００１９】
偏光された光を使用する必要がある場合、本発明による装置で使用される光源は高比率の偏光ビームを生成する（それによりＳＬＭユニットの入力側の偏光器を不要にする）種類のものであることが好ましい。さらに、実質的にＳＬＭユニットのアクティブ面のサイズの断面を有する光ビームを生成する（したがってビーム整形光学素子を不要にできる）か、あるいはその望ましいビーム断面を提供するビーム整形光学素子を備えることが好ましい。
【００２０】
本発明のもう１つの広範な態様によれば、ＳＬＭピクセル配置によって形成される空間光変調器（ＳＬＭ）ユニットのアクティブ面に照射する光ビームを生成するよう動作可能で、前記入射光ビームは線形偏光されかつ前記アクティブ面のサイズに対応する所定の断面を有する光源系と、装置を通じて光伝搬の方向に対してＳＬＭの出力側に収容されている偏光器ユニットおよび拡大光学素子とを有する画像投影装置であって、前記光源システムが、ＳＬＭユニットのアクティブ領域のサイズと実質的に等しい断面を有する前記線形偏光された光ビームを生成する光源を有し、前記ＳＬＭユニットが、ＳＬＭピクセル配置の両側に第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを有し、第１アレイの各レンズおよび第２アレイのそれぞれ対向するレンズが、ＳＬＭピクセルのうち対応する１つのピクセルに関連付けられることを特徴とする、画像投影装置が提供されている。
【００２１】
前述の装置がさらに、ＳＬＭユニットに向かう光伝搬のパスに収容され光学素子、前記断面内に入射光ビームの実質的に均一な強度分布を提供する回折光学素子を有することが好ましい。
【００２２】
本発明による装置は、投影画像のスペックルに関わる影響を回避しまたは少なくとも大幅にこれを減少させるように投影される画像を示すデータにデジタル処理を適用することと、光強度の不均一性を補正するために投影画像を示すデータの処理を行うことと、入射光ビームの強度および／または混色を調整するために環境条件を示すデータを分析することとのうち、少なくとも１つを実行するよう動作可能な画像処理システム（制御ユニット）を有することが好ましい。
【００２３】
したがって、さらに本発明のもう１つの態様によれば、ＳＬＭピクセル配置によって形成される空間光変調器（ＳＬＭ）ユニットのアクティブ面に照射する光ビームを生成するよう動作可能で、前記入射光ビームが線形偏光されかつ前記アクティブ面のサイズに対応する所定の断面を有する光源系と、装置を通じて光伝搬の方向に対してＳＬＭの出力側に収容されている偏光器ユニットおよび拡大光学素子とを有する画像投影装置であって、（i）投影画像のスペックルの生成に関わる影響を減少させるように投影される画像を示すデータにデジタル処理を適用することと、（ii）光強度の不均一性を補正するために投影画像を示すデータの処理を行うことと、（iii）入射光ビームの強度および混色の少なくとも１つを調整するために環境条件を示すデータを分析することと、のうち、少なくとも１つを実行するよう動作可能な画像処理システムを有することを特徴とする画像投影装置が提供される。
【００２４】
本発明による装置は、カラー画像を提供するよう動作可能なものにすることもできる。これは、３原色のうち対応する色ごとに３つのＳＬＭピクセルを別々に利用するか、またはすべての原色に同じＳＬＭピクセルを利用しながらカラー光成分の時変調を行うことによって実施することができる。環境条件を示すデータの分析は、入射光ビームの混色の調整を目的として、代替的または付加的に行うこともできる。
【００２５】
本発明による装置は、従来の映像生成装置と共に使用して、画像を外部スクリーン面に投影することができる。この装置は、２つの異なる投射角で同じ画像を投影するよう動作可能にすることができるので、これにより２名の別々の観察者が同じ画像を観察することが可能になり、さらに観察者が各自の表示領域を通じてそれぞれ１つの画像を個別に操作することも可能になる。
【００２６】
本発明の技法により、複数の本発明による小型投影装置によって投影される画像を合成することができ、これにより、大型の合成画像の生成、凹形のスクリーン面への合成画像の投影、および２つの小型投影装置または回転ミラーを備えた１つの小型投影装置を使用することによる立体画像の生成が可能になる。
【００２７】
本発明は、さらにもう１つの態様によれば、
（a）ＳＬＭピクセル配置によって形成される空間光変調器（ＳＬＭ）ユニットのアクティブ面のサイズに対応する所定の断面を有する入射光ビームを生成し、前記入射光ビームを前記アクティブ面に方向付けることと、
（b）ＳＬＭピクセル配置の両側に第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを備えるＳＬＭユニットに前記光を通過させ、第１アレイの各レンズおよび第２アレイのそれぞれ対向するレンズが、ＳＬＭピクセルのうち対応する１つのピクセルに関連付けられ、同時に、投影される画像を示す画像化信号でＳＬＭピクセル配置を操作することと、
（c）ＳＬＭユニットから発せられる変調光を、拡大光学素子に通過させて投影面に投影させることと、を有する、画像の投影を行う方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を理解し、実際にどのように実行されるかを理解するために、ここで非限定的な例示により添付の図を参照しながら、好ましい実施の形態について説明する。
【００２９】
図１は、光伝搬方式の光学素子を示す、本発明による投影装置１の概略ブロック図である。装置１は、平行光ビーム４を生成する光源２を含む光源システムＬＳＳと、ビーム４の強度分布に影響を与えてその断面内にビーム４の実質的に均一な強度分布を生成するように動作する回折素子３４（「トップハット」）を含む光学的配置と、ビーム４の断面に影響を与えてＳＬＭユニット１２（米国Kopin Corporationから市販されている液晶ベースのＳＬＭモジュールＲＳ１７０など）のピクセル配置５（いわゆる「窓付き構造」）によって規定されるアクティブ面のサイズと実質的に等しくするビーム整形光学素子（ビーム拡大器）６を含んでいる。
【００３０】
ビーム拡大器６の提供はオプションであり、たとえば、ＳＬＭ上の画像変調領域をカバーするビーム直径６ｍｍのレーザーダイオード／ＤＰＳＳレーザーモジュールなどの、適切な光源を提供することにより同様の効果を達成できることに留意されたい。
【００３１】
さらに、ＳＬＭユニットはランダムに偏光される光で動作するものであってもよいことに留意されたい。あるいは、ＳＬＭユニットは特別に偏光された光で動作するものであってもよい。この場合、ＳＬＭピクセル配置に照射する光ビームには特定の線形偏光があり、装置の提供は装置に使用されるＳＬＭの種類によってオプションであるため、破線で示されている出力偏光器（分析器）１８を有する。偏光器１８は、入射光ビーム４の面と同様のまたは９０°回転した面の偏光面の好適な配向性を有し、そのためＳＬＭによって回転された光の一部、またはＳＬＭによって影響をうけてない部分をブロックする。入射光ビームの偏光に関しては、高比率の偏光を生成するような光源を使用することで好ましくは達成されるが、一般には、ランダムに偏光される光を生成する光源を使用しアクティブ面５の入力側に別個の偏光器（図示せず）を使用することで達成することができる。
【００３２】
この入力偏光器は、光源系の一部であっても、ＳＬＭユニットの一部であってもよく、または、光源およびＳＬＭユニットの間に収容されるスタンドアロン型ユニットにすることもできる。
【００３３】
したがって、図１の例において、ＳＬＭは偏光された光で動作するものであり、光源は高い偏光比率の光を生成し、出力偏光器が使用される。「高い偏光比率」という語は通常、約１：５０、１：１００以上の偏光の比率のことを示し、たとえば、米国Lasemate Corporation社から市販されているＧＭＣ−５３２−ＸＦ５レーザーモジュールシリーズのような、半導体レーザーおよびＤＰＳＳレーザーモジュールで達成される。
【００３４】
ＳＬＭピクセル配置５の構造は、当技術分野において既知のものであるため、各々が画像のピクセルとしての役割を果たし、変調ドライバ１１によって別個にオンまたはオフに操作され、照射する光の偏光回転を行ない、これにより対応するピクセルのグレーレベルを提供できる、アクティブセル（液晶セルなど）の二次元アレイを含んでいることを除いては、具体的に説明する必要はない。セルには、偏光で変化せずに光を通過させるように制御されるものもあるが、ドライバ１１からの入力信号に従って特定の角度だけ光の偏光を回転させるように制御されるものもある。
【００３５】
ＳＬＭユニット１２はさらに、ピクセル配置の入力側に第１の小レンズアレイ１０を、ピクセル配置の出力側に第２の小レンズアレイ１４を有する。実際的には、これらの小レンズアレイは、その対向する表面に取り付けられているピクセル配置と一体化することができる。小レンズアレイを備えるＳＬＭユニットの構造と動作についてはさらに、図３Ａ〜図３Ｂおよび図４Ａ〜図４Ｃを参照して以下にさらに具体的に説明する。小レンズアレイは、ＳＬＭのアクティブセルのアレイに適合する小型のレンズの二次元アレイであり、アレイ１０からの各レンズおよびアレイ１４からのそれぞれ対向するレンズが、アクティブセルのうち対応する１つのセルに関連付けられている。したがって、小レンズアレイ１０は、照射する光ビームを複数の成分に分割し、各成分をそれぞれの小レンズによりそれぞれのピクセル（つまり各小レンズが単一のピクセルに対応する）に合焦させることにより、ＳＬＭ素子のアクティブ面５内の画像変調領域に対応するように光ビーム８を集束する。このようにして、プロセスの光効率が向上する。
【００３６】
したがって、実質的に均一な強度分布を有する入射光ビーム４（線形偏光ビームなど）が拡張され、結果として断面が実質的にＳＬＭのアクティブ面のサイズと等しいビーム８が生成される。ビーム８は、小レンズアレイ１０を通過して、その結果ＳＬＭピクセル配置を通過する集束光になり、投影される画像に従って変調される。ＳＬＭから発せられる変調光は、第２の小レンズアレイ１４によって収集されるが、これが第１の小レンズアレイ１０の集束による影響を除去し、そのため第１の小レンズアレイ１０を通過する前のビーム８と同じ均一の断面を持つビーム１６が生成される。ＳＬＭユニットの動作についてはさらに、図３Ａ〜図３Ｂおよび図４Ａ〜図４Ｂを参照して以下にさらに具体的に説明する。
【００３７】
装置１でさらに提供されているのは、ＳＬＭユニットから（または、本例中の偏光器１８から）発せられ投影（またはスクリーン）面２６に向け伝搬する光の光学パスに位置する拡大光学素子２２である。こうして、ビーム１６は、拡大光学素子２２によりスクリーン面２６に投影される画像を示す偏光強度変調ビーム２０を生成する偏光器１８を通過する。当業者には周知のとおり、投影画像２８は光源の特質と所定の光学パスにおけるそのコヒーレンスとにより、投影装置１およびスクリーン面２６との間のさまざまな距離に対して焦点を合わせた状態を維持する。あるいは、光がコヒーレントではない場合、拡大レンズ２２を光学パスに沿って移動することで焦点は手動調整することができる。
【００３８】
図２では、図１の装置で使用される回折素子３４（トップハット）の動作についてさらに具体的に説明する。トップハット素子はそれ自体が本発明の一部を形成するものではなく、その構造と動作は一般に知られており、次のように構成されている。半導体レーザーまたは他の光源であってもよい光源３０は、光ビーム３２を生成するが、ビームの軸付近の光強度はビーム周辺の光強度よりも高い（ガウス強度分布）。このビームは、画像（つまり光ビームの断面内）のフォーマット全体にわたり実質的に均一な光強度を必要とする画像処理（たとえば図１の装置１による例など）に使用される。したがって回折光学素子３４は、ビームの強度分布を修正し、スクリーン３６の実質的に均一な照明を提供できる実質的に均一な強度分布のビーム３８を生成するために使用される。
【００３９】
ただし、投影面に到達する光ビームが、トップハット素子３４の制約（約９６％の透過効率）により、および／または、光学パスにおける他のコンポーネントの非均一な透過率が原因で、非均一である可能性が依然として多少あることに留意されたい。そのような非均一性の補償は、図６および図７Ａ〜図７Ｂを参照してさらに以下で説明するように、ピクセル配置のすべてのピクセルに対する制御信号を調整することおよび画像全体の補償バイアスを提供することにより、デジタル的に行うことができる。
【００４０】
ここで、図３Ａ〜図３Ｂおよび図４Ａ〜図４Ｂを参照する。図３Ａは、図１の装置に使用されるＳＬＭユニット１２の窓付き構造の正面図を示し、図３Ｂは、図３ＡのＳＬＭと共に使用される小レンズアレイ１０の構造を示している。図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、図３ＡのＳＬＭおよび図３Ｂの小レンズアレイを備えるＳＬＭを通過するビームの伝搬方式を示している。
【００４１】
したがって、図３Ａに示すように、標準的なＳＬＭのピクセル配置（窓付き構造）４０は、相隔たったセル４２の二次元アレイである。構造４０の面全体の約４０％（ＳＬＭによって異なる）は、アクティブセル４２で構成されるが、面の残りの部分は、ピクセルアレイの機構的な支持と制御信号のための役割を果たすフレーム４４で構成されている。図４Ａは、ピクセル配置４０の側面、および、それを通過する平行光ビーム５０の伝搬を示している。同図からわかるように、入射光５０の一部がフレーム４４の隔壁によってブロックされ、光５０の残りの部分だけがアクティブセル４２を通りぬける。したがって、この標準的なＳＬＭ構造の充填率（つまり、実効透過）は約４０％である。
【００４２】
図３Ｂは、ＳＬＭの充填率を高めるために本発明によるＳＬＭユニットのピクセル配置４０の両側に使用される小レンズアレイ４６の構造を示している。小レンズアレイ４６は、アクティブセル４２のピクセル配置４０と一致する小型のレンズ４８の二次元アレイである。各レンズ４８は、正方形のような形状を有してもよい。また、隣接するレンズは互いに接しているため、レンズアレイ４６によって規定される面のほとんどを充填している（つまり約１００％の充填率）。
【００４３】
第１の小レンズアレイ４６および第２の小レンズアレイ４６’と共にピクセル配置４０を示す図４Ｂで説明されているように、第１の小レンズアレイ４６はピクセル配置４０の入力側に非常に近接して（物理的に接触する程度まで）配置され、第２の小レンズアレイ４６’もまたピクセル配置４０の出力側に物理的に接触する程度まで非常に近接して配置されている。実際には、第１および第２の小レンズアレイは、その両面の間に取り付けられているピクセル配置４０と一体化することができる。第１のアレイ４６からの各レンズ４８および第２のアレイ４６’からのそれぞれ対向するレンズ４８’は、アクティブセル４２のうち対応する１つのセルに関連付けられている。レンズ４６はそれぞれ、アレイ後方の数ミクロンの距離で、ビーム５０の対応する成分の焦点をその軸周辺の狭い領域に合わせるように光学的に設計されている。レンズ４６のピッチは、アクティブセル４２のピッチと一致しているので、各レンズの真後ろに中心のあるアクティブセル４２が１つあり、セル４２の中心点はそれぞれ小レンズ４８、４８’の背面および前面の焦点に位置している。第１の小レンズアレイ４６は、照射する光ビーム５０を複数の成分６４に分割し、それぞれの小レンズによって各成分の焦点をそれぞれのピクセルに合わせることによって、配置４０（ＳＬＭユニットのアクティブ面）の領域に対応させて光ビーム５０を集束させる。第２の小レンズアレイ４６’は、第１の小レンズアレイとほぼ同じで、ピクセル配置４０のもう一方の側のアレイ４６に対向して配置されている。第２の小レンズアレイは、第１のアレイの光学的効果を反映するので、アクティブセル４２から発せられる小ビーム６６に逆の光学的動作を生じさせる。第２のアレイ４６’は、配置４０によって空間変調された個々の小ビーム６６を発散させて光ビーム８０を生成する。アレイ内の小レンズの光学的特性および第１および第２のアレイ４６、４６’とピクセル配置４０との間の距離は、当業者には周知の簡単な光学的位置合わせ方法によって決まり、アクティブセル４２に到達するときの小ビーム６４の直径がセル４２の開口部よりも小さいため、小ビーム６４のすべての光がアクティブセル４２を通過するようになっている。
【００４４】
したがって、ピクセル配置４０と第１および第２の小レンズアレイ４６、４６’の組み合わせの全体的な効果は次のようになる。入射光ビーム５０は小レンズアレイを通過することによって別個の集束小ビーム６４に分割され、それがピクセル配置４０のセル４２を通過し、そこで制御信号（投影されるデータであることを示す）に従って変調されてピクセル配置から発せられる複数の集束小ビーム６６を生成する。
【００４５】
小ビーム６６は、空間変調光の平行ビーム８０を生成する小レンズ４８’を通過する。その結果、組み合わせの配置（小レンズアレイおよびピクセル配置）の充填率が、ピクセル配置４０のみの場合に比べて大幅に高くなり、変調プロセスの全体効果も大幅に改善される。小レンズアレイの提供により、ＳＬＭの透過効率が３０％以上も向上する。すべてのアクティブなピクセルでＳＬＭを使用する場合、ＳＬＭユニットの効率は、その両側に小レンズアレイを使用しているために、２倍に向上する可能性があることを理解されたい。
【００４６】
図４Ｃで例示されているように、ＳＬＭユニットの厚さは１００μｍであり、そのうちピクセル配置（ＬＣユニットなど）は厚さ１０μｍで、各ポリマスペーシングＰ１、Ｐ２は厚さ４５μｍである。ＳＬＭユニットは、プレスおよびハットエンボス技法を使用して製造することもできる。
【００４７】
前述のように、本発明による装置は偏光された光源を使用することが好ましい。図５Ａおよび図５Ｂは、偏光されていない光源と偏光された光源とをそれぞれ使用することによって生じる強度損失の原理を説明している。図５Ａでは、投影装置（またはディスプレイ）での使用に適した基本光学パスと、標準的な非偏光光源７４の使用を示している。このような光学パスは、光源７４、第１の偏光器８１、ＳＬＭ８４、および第２の偏光器９６を有する。非偏光光源７４は、対向する線形偏光の２つの成分７６、７８によって表される光ビームを生成する。両成分７６、７８は第１の偏光器８１に照射し、装置８１の偏光面の方向（向き）に応じて、いずれか１つだけが通過して他の成分は拒否される。したがって、偏光器８１から生じる偏光ビーム８２のエネルギーは、非偏光ビームの入力エネルギーの半分になる。ＳＬＭ８４は、偏光ビーム８２を受け、これを入力信号８６によって変調し、入力信号８６に応じてビーム８２の対応する光成分の偏光に影響を与える。説明の簡潔さを期すため、ＳＬＭ８４は、２つの偏光領域８８、９０からなる素子として表される。つまり２つのセルまたはピクセルであり、その一方９０が現在制御信号８６によって操作されており、もう一方８８は操作されていない。したがって、領域８８から発せられる光部９２はその本来の偏光を有し、領域９０から発せられる光部９４は入力信号８６に基づいて影響を受けた偏光を有する、たとえば、その本来の偏光状態に対して直交の偏光を有する。いずれの光部９２、９４も、第１の偏光器８１によって透過された光と同一の偏光を有する光だけを透過する第２の偏光器９６に照射する。したがって、偏光がＳＬＭ８４によって影響を受けていない光部９２だけが偏光器９６を通過することができ、出力ビーム９８の強度は第１の偏光器から発せられる出力ビームの半分になり、実質的には光源によって生成された光の４分の１となる。
【００４８】
図５Ｂは、投影装置（またはディスプレイ）で使用する基本光学パスと、本発明により提案される高比率の偏光光源の使用を示している。理解しやすくするため、図５Ａおよび図５Ｂの例に共通の構成要素を識別するために同じ参照番号が使用されている。したがって、図５Ｂの光学パスは、高比率の偏光光源７５、ＳＬＭ８４、および偏光器９６を有する（そのため、ここでは図５Ａの第１の偏光器８１は必要ない）。光源７５によって生成される光１００は、線形的に偏光される。制御信号によって操作されないＳＬＭにおける領域８８から発せられる光部９２は、その本来の偏光を有し、制御信号８６によって操作されるＳＬＭにおける領域９０から発せられる光部９４の偏光は、たとえば直交の偏光に変えられる。いずれの光部９２、９４も、光源によって生成された光と同じ偏光状態を有する光だけを透過する偏光器９６に照射する。したがって、偏光がＳＬＭ８４によって影響を受けていない光部９２だけが偏光器９６を通過することができる。図５Ａの前述の例と同様に、出力ビーム９８の強度は、光部９２、９４によって提供される強度の半分である。ただし、光部９２、９４の強度、つまりＳＬＭ８４に照射する光の強度は、光源によって生成された光の強度であり、すなわち、偏光光源を使用しているため、図５Ａの例のＳＬＭの入力光８２の強度の２倍である。したがって、図５Ｂの光学パスの光学的効率は図５Ａの場合の２倍の高さになる。
【００４９】
ここで図６を参照すると、本発明のもう１つの実施例による画像投影装置３が示されている。装置１（図１）および装置３の共通の構成要素を識別するために、同じ参照番号が使用されている。装置３はさらに、制御ユニットＣＵ（通常はコンピュータ装置）を有し、この具体的な例では、変調ドライバ１１は制御ユニットの一部である。したがって制御ユニットＣＵは、ドライバ１１および処理実行部３３０を有し、画像記録装置３３２および環境センサ３３４に関連付けられている。ＳＬＭピクセル配置への制御信号（変調信号）を生成するドライバ１１は、投影される画像を示す信号（「画像信号」）によって操作可能である。画像信号は、投影装置の制御ユニットの一部であっても一部でなくてもよく、通常は投影されるデータが生成される外部コンピュータ装置（ＰＣ、電話装置、ＰＤＡなど）の一部でもよい適切な信号処理実行部（図示せず）によって生成される。図６のこの具体的な例において、画像信号は処理実行部３３０を経由してドライバ１１に供給されるが、画像信号はドライバ１１に直接供給できることを理解されたい。画像記録装置３３２は、ビデオカメラのような画像処理装置であり、投影画像２８を示すデータを生成するように調整され操作可能である。環境センサは、たとえばスクリーン面２６の付近の周辺光の強度を検出して対応するデータを生成できる光強度センサ（ＣＣＤのＲＧＢ／温度単一ピクセルセンサなど）など、投影光の要求強度および／または混色を規定するような環境条件を検出する１つまたは複数の検出ユニットを含んでいてもよい。
【００５０】
プロセッサ３３０は、とりわけ制御装置ＣＬを有し、制御装置から送られる画像信号、画像記録装置から送られるデータおよびセンサ装置から送られるデータをそれぞれ処理するための３つの実行部（適切なソフトウェアおよび／またはハードウェア）Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３を有する。実行部Ｕ１は、ＳＬＭピクセル配置に従って画像信号を分析するようにあらかじめプログラムされ、投影画像のスペックルの影響を軽減するために（ドライバ１１を通じて）ピクセル配置にデジタル画像ジッターおよび減衰（グレーレベルの変更）を行うようになっている。これは、図８Ａおよび図８Ｂを参照してさらに以下で具体的に説明するとおりである。実行部Ｕ２は、投影画像２８を示すデータを分析して、画像信号のデジタル処理を適用し、それにより投影画像内の光強度（輝度）の非均一性を補償するようにあらかじめプログラムされている。これについては、図７Ａ〜図７Ｂを参照して以下で説明する。実行部Ｕ３は、環境条件を示すデータを分析し、それに応じてレーザー光源２を変調して強度および混色のいずれか１つまたはその両方を調整するようにあらかじめプログラムされている。このようにして、制御ユニットおよび関連するセンサ装置（カメラ、ＲＧＢ／温度センサなど）の提供および画像信号のデジタル処理は、投影画像の品質と投影装置のエネルギー効率を高める。
【００５１】
図７Ａ〜図７Ｂは、ターゲット（スクリーン面）上に光変調画像のデジタル補償を提供するためのプロセッサ３３０を備える投影装置の動作を例示している。図７Ａは、強度過剰な光の点（スポット）１１０のある非均一な領域を含む光変調画像１０８を示している。領域１１４内の光強度を減らすために設計されたデジタルマスク１１２が、光変調画像１０８に適用され、ターゲット１１６上に均一な輝度の最終出力画像をもたらしている。
【００５２】
図７Ｂは、デジタルマスクの基本的な校正手順を説明している。プロセッサ３３０（制御装置ＣＬ）は、パターン画像信号（映像生成装置（ＰＣ、ＶＣＲなど）によって外部的に、あるいは制御装置ＣＬで内部的に生成される）を受け、パターン画像を示す制御信号を生成する（ステップI）。このパターン画像信号は、プロセッサからドライバ１１に転送され（ステップII）、これに応じてＳＬＭピクセル配置を操作して、強度が元々非均一だった画像の投影を可能にする。投影画像の光拡散は、スクリーン面上に投影される（図１および図６の２６）。デジタルカメラ（図６の３３２）または他の任意の種類の光学式記録装置が、投影画像を走査する（ステップIII）。記録された画像を示すカメラ３３２のデジタル出力データは、実行部（図６のＵ２）によって受け取られる。実行部はこのデータを分析し制御装置ＣＬと共に動作して、記録された画像を示すデータと（元の入力信号に従って作成された）生成画像を比較する。これらの画像が同一である場合、最終デジタルマスクの形式で校正結果が生成される。これらの信号に類似性が不足していると判断された場合、更新画像がこれに応じて生成され、最終デジタルマスクを取得する（ステップIV、V）。次に、制御装置ＣＬは、正しい輝度レベルのパラメータで投影装置を更新するために、ドライバ１１の校正結果（デジタルマスクの状態）を保存する（ステップVI）。実行部Ｕ２はプロセッサの一部ではなく、画像記録装置３３２およびプロセッサ３３０に接続可能なスタンドアロン型の画像処理ユニットであってもよいことを理解されたい。
【００５３】
図８Ａおよび図８Ｂでは、投影されるスクリーンに発生するスペックルの影響を除去することを目的とする本発明による装置の動作について、さらに具体的に説明する。図８Ａに示すように、元の投影画像２４０は、ザラザラした質（granular nature）を有する画像のように見える、これがいわゆる「スペックル効果」である。この効果は、スクリーン面が完全には滑らかでない場合に、高コヒーレントな光で観察される。この問題を解決するため、最大１ピクセルの位置ずれによって、元の画像２４０にジッターを生じさせグレーレベルも減衰させる、これは移動された投影画像２４２において現れる。これですべてのピクセルが、人間の目には認められないほどの速度でジッターされ減衰される。たとえば、元のピクセル２４４は新しい位置２４６にジッターされ、この動きが光のコヒーレンスを少なくとも部分的に破壊して投影プロセス中にスペックルを「洗い落とし」、これによってクリアな（スペックルのない）画像２４８が生成される。この手順の主な動作ステップは、図８Ｂに示されている。元の画像（投影される画像など）は、状況に応じてＳＬＭのドライバ１１から、あるいは制御装置ＣＬから取り込まれ（ステップＡ）、実行部Ｕ１によってジッター目的に使用する自由なアクティブピクセル空間にこの画像のサイズを変更するよう処理され（ステップＢ）、このようにしてＳＬＭピクセル配置のコーナーとパネルにさらに余分な間隔を残す。このようなサイズ変更済み画像を示すデータはドライバ１１に転送され（ステップＣ）、これに応じて画像は、１つまたは複数の画像ピクセルを未使用領域として規定されたピクセル領域内に移動することによって、２つの垂直な軸に沿う平面において移動され、グレーレベルの変化を提供するように変調される（ステップＤ）。これによって、ＳＬＭ表面上の画像の循環移動が高い循環頻度で提供され、循環プロセスが引き続き観察者に認識できないようにし、同時にＳＬＭ表面上の画像が２つの軸に沿って繰り返し移動するようにして、その結果、観察者に認められるスペックル現象を軽減する。循環の頻度、移動されるピクセルの数、および２つの軸のいずれか１つまたはその両方に沿った移動のステップのようなパラメータは、さまざまな所定の状況におけるさまざまな結果に対する所定のアルゴリズムによって制御されることに留意されたい。
【００５４】
図９は、ＳＬＭピクセル配置に入力する光の混色変調を利用することにより環境の要件を満たす、プロセッサ３３０の主要動作ステップを示すフロー図である。本例において、環境センサは温度センサ（つまり、周辺光の強度を検出する）である。プロセッサは検出データを利用し、周囲の光の状態に従って混色の変調切り替えを変更することにより光源の総消費の最適化を可能にし、これにより周囲の干渉光と対比して人間の目に触れる最も輝度の高い画像を受け取る。これは、次のような方法で実施される。
【００５５】
このセンサが、スクリーン面付近の室内照明温度を（異なる複数の波長で）吸収する（ステップ１）。吸収された光を示すデータは、プロセッサによって受け取られ（図６の実行部Ｕ３）、最適な環境における最適な（デフォルトの）要求画像／温度と投影面上で感知される光の温度とが比較される（ステップ２）。類似性に欠けていると判断された場合、プロセッサは、最適な状態に対比させて光源の混色変調を更新し（ステップ３）、次に新しい色変調に従って画像を投影できるようにする（ステップ４）。
【００５６】
ここで図１０Ａ〜図１０Ｅを参照すると、本発明による装置での使用に適したカラー画像の投影のさまざまな実施態様の例について概略が説明されている。図１０Ａは、この概念の１つの例に従う装置の概略ブロック図である。図１０Ｂは、その１つの可能な実施態様を示している。図１０Ｃは、もう１つの例に従う装置の概略ブロック図であり、図１０Ｄおよび図１０Ｅは、この例の２つの可能な実施態様を示している。図１０Ａ〜図１０Ｂの例において、原色Ｒ、ＧおよびＢはそれぞれ関連付けられたＳＬＭを備える３つの光学パスを経由して変調されるが、図１０Ｃ〜図１０Ｅの例では、原色Ｒ、ＧおよびＢは、時ビーム変調器を使用することにより同一の光学パスつまり同じＳＬＭを経由して変調される。
【００５７】
非常に分かりやすい方法で図１０Ａに示されているように、Ｒ、ＧおよびＢの光成分２５０、２５２、２５４は、それぞれ３つのレーザー光源によって生成される。たとえば、白色の光源を得るために適切な出力を有する小型レーザーダイオードなどが挙げられる。各光成分は、関連付けられているビーム拡大器により、概して言えば２５６で、拡大される。拡大されたＲＧＢビーム２５８、２６０、２６２は、入力画像に従って空間変調された信号をそれぞれ含むＳＬＭ２６４を経由して投影される。次に、空間変調されたＲＧＢビーム２６６、２６８、２７０は、一群のビームコンバイナ（ビームスプリッタ）２７２によって画像化レンズ２７６を通過する白色ビーム２７４に合成され、生成された出力ビーム２７８はスクリーン面２８０に投影され、そこに出力画像が表示される。この機構は一般に周知のものであり、それ自体が本発明の一部をなすものではないが、図１および図６で示され、さらに図１０Ｂで非常に分かりやすく示されている本発明の投影装置に使用することができる。
【００５８】
図１０Ｃに示されているように、ＲＧＢレーザービーム２９０、２９２、２９４は（ビーム拡大器を通過する前または後に）ビーム変調器２９６によって時変調される。次に、時変調されたビーム２９８は、単一のＳＬＭ３００を経由して投影される。空間（および時）変調されたビーム３０２は、画像化レンズ３０４を通過し、そのようして生成された出力ビーム３０６はスクリーン面３０８に投影され、そこで出力画像が表示される。同様に、この方式は一般に周知のものであり、本発明の装置に使用することができる。図１０Ｄおよび図１０Ｅに非常に分かりやすく示されているように、回折素子は、ＲＧＢレーザービーム２９０、２９２、２９４の前方にそれぞれ位置する３つのトップハット素子によって利用されてもよいし、または共通のトップハット素子を利用してもよい。
【００５９】
本発明の投影装置は、ＰＣ、電話装置、ＰＤＡなどのコンピュータ装置に接続可能な、および／または、当該コンピュータ装置の一部をなす、各種の用途に使用することができる。図１１Ａ〜図１１Ｈは、本発明による投影装置のさまざまな適用例の概略を説明している。
【００６０】
図１１Ａの例において、本発明による小型の投影装置１３８は、ラップトップ１３４の双方向半透明スクリーン１３６と共に使用され、スクリーンの両側に画像コンテンツを表示できるようにしている。本発明による例では、装置１３８はホルダ１４０によって支えられ、ラップトップの対応する実行部に接続されて、画像化信号を受け取り、スクリーンをはさんで対向する位置にいる２人の観察者１４４、１４８が２つの観察角度１４６、１５０からそれぞれ見ることができるようにスクリーン１３６上に投影画像１４２を生成する。
【００６１】
図１１Ｂは、本発明による装置がどのように従来のラップトップで使用され、しかもこれらのコンピュータに通常使用されているＬＣＤスクリーンの必要をなくすことができるかを示している。理解しやすくするために、同じ参照番号を使用し、図１１Ａおよび図１１Ｂの例において共通の構成要素を識別している。図示されているように、画像は、投影角度１４２で、ユーザの目とは反対側にある外部スクリーン面１６０に投影されている。つまり、観察角度１６４でユーザに観察されている。具体的に示されてはいないが、投影装置１３８がコンピュータと隣接するテーブルの表面上、あるいはラップトップカバーの内側／外側表面上に画像を投影するように方向を合わせることもできることを理解されたい。したがって、ユーザ１４４には、ラップトップコンピュータで仕事をしながら都合よくレーザースクリーンを操作することもできる。あるいは、ディスプレイのまったくないコンピュータを操作しながら、外部表面にデータを画像化するため本発明による投影装置を使用することもできる。このような外部スクリーン面への画像の投影は、電話装置など任意の通信装置と共に使用できることを理解されたい。
【００６２】
図１１Ｃは、対応する小型の投影装置によってそれぞれ生成された複数の小型スクリーン１９４を合成することにより大型投影スクリーン１９２（映像壁）を取得するために一緒に動作する、概して言えば１９０での、本発明による複数の小型投影装置の使用を例示している。大型画像１９８はビデオカメラ１９６によって取り込まれ、大型画像１９８を示すデータと小型画像１９４を示すデータとを比較するように動作して出力信号を制御装置２０２に生成するプロセッサ（画像分析装置）２００に転送され、投影装置１９０に画像１９４を全体としてシームレスに位置合わせした状態で表示させるような方法で信号を再生する。任意の望ましい形状の凹形のシームレスなディスプレイ上に画像を投影するために、同様の構成を使用することができる。これについては、図１１Ｄに概略が示されている。メインホルダ２０６は、それぞれ別個のブランチホルダ２０８上にある複数の投影装置２０４を支持している。各投影装置２０４は、互いに部分的に重なり合う小型画像２１４によって形成される凹形のシームレスな大型画像として観察者２１６に表示されるように、小型画像２１２を凹形の面２１０に投影する。
【００６３】
図１１Ｅは、同じ画像を２名のユーザに見えるように半透明のスクリーンの両側に投影し、しかも各スクリーン面上にそれぞれのユーザの私的利用を意図した画像を表示できるようにするための、本発明の使用を示している。この適用例において、少なくとも２名の人物２５０、２５２は、たとえばビジネス上の話し合いのため、またはコンピュータゲームをするために、デスク２５４を囲んで互いに向かい合ってコミュニケーションをとっている。通常は、このコミュニケーションに伴うグラフィック画像があり、両者が共にこれを見てこれに寄与する必要がある。それぞれの人物は、情報セキュリティのために管理しやすいように、共同の画像に対する各自の入力を各自の保護監督下に置いておきたいと考える。この例において、人物２５０は制御装置２５６に関連付けられている小型投影装置２５８を持っている。小型投影装置２５８は、２名の人物の間に配置されて基部２７０に支持されている垂直型半透明スクリーン２６８に画像を投影するように、空間調節装置２６０によって支持されている。もう一方の人物２５２は、垂直型スクリーン２６８に画像を投影するように、支持部材２６６に支えられ、制御装置２６２に関連付けられている同様の小型投影装置２６４を使用している。２つの投影ビーム２７２、２７３は、スクリーン２６８の両面に照射し、２つの異なってはいるが十分に調整された画像を生成する。１つの投影装置は、表示されるデータのミラー画像を投影するように調整されているため、両方の画像は互いに一致している。人物２５０は、半透明ビーム２７３上に重ね合わされたビーム２７２の反射によって形成される画像を集光角度２７４で見ている。もう一方の人物は、半透明画像２７２上に重ね合わされた反射画像２７３を集光角度２７６で見ている。両人物共に、同じ効果的な画像を見ている。それぞれの人物が、各自の投影装置上のグラフィック情報を変更して、戦争ゲームの地雷と戦車の関係、建物の図と水道管の配置、市内の地図と新しく提案された団地の配置、解剖学的な臓器のレントゲン写真と手術予定の計画などのビジュアル効果を創出することができる。画像の縁の同じ場所にある位置決めマークは、２つの画像がぴったりと重なり合うように手作業で調整する際に役立つ。
【００６４】
図１１Ｆおよび図１１Ｇはそれぞれ、立体画像の投影（立体視投影でなくても、網膜表示の立体視であってもよい）を含む本発明のさらにもう１つの適用例を示す２つの例を説明している。空間的にコヒーレントな光源に基づく投影装置の使用により、通常の非コヒーレントな投影装置を使用しては得ることのできない画像の指向性投影を実現することができる。図１１Ｆの例において、ユーザ３１０は、立体画像投影装置３２２の開口部３２０を裸眼で覗き込んでいる。光源としてレーザーダイオードを使用する本発明による２つのコヒーレント投影装置３２４、３２６は、それぞれユーザの目３１２、３１４に方向付けられて、立体画像投影装置の内部に配置されている。ユーザは、両目が見る画像を解釈する体のプロセスに従って、２つの別個の画像３１６、３１８を三次元の物体の２つの投影としてとらえる。２つのコヒーレント投影装置によって生成された画像が立体画像で構成されている場合、ユーザは三次元のシーンを見ることになる。シーンは、カラーにすることも、動的なものにすることもできる。図に示されるように、２つの投影装置３２４、３２６は、２つのデータライン３２８、３３０を介して接続され、２つのラインおよびその映像データと同期をとって、データの一部を部分的に両投影装置間で共有させるためであるが主として関連するデータをユニット内の関連する投影装置に分離するために、データのどの部分がそれぞれどちらの投影装置に送信されるかを判断する映像入力源（プロセッサ）３３２に接続されている。映像データ３３４、３３６の２つの供給源は、設置されている２つのカメラであり、さまざまな角度から、後に立体出力画像として再生される単一被写体３３８の撮影を行っている。映像供給源は任意の種類のものでよく、カメラ３３４、３３６は所定の例を説明するために使用しているにすぎず、限定するものではないことに留意されたい。
【００６５】
レーザー出力はスクリーン上ではなくユーザに投影されるので、高い光学的出力は不要であり、使用される光強度は、周知のとおり米国陸軍でも使用されている、Microvision Ltd.の網膜投影ゴーグルで常時使用されている光強度に満たないものである。
【００６６】
コヒーレント光を使用することの重要性は、この影響を制御する必要なく光分散を防ぐ可能性、および望ましい方向にビームを転換させ、しかも他の種類の光が分散される可能性に関連している。
【００６７】
図１１Ｇは、単一の投影装置が使用されることを特徴とする、同様の概念による代替実施態様を示している。ここで、消費電力を最適化するために、回転ミラー３５２が使用されてビーム角度を移し、これにより図１１Ｆの２つの投影装置によって得られる効果と同じ効果を作り出す。この構成により、もう１つの投影ユニットおよび関連光学素子を使用しなくてすみ、またシステム全体の専有面積と重量を抑えることにもなる。ユーザは、両方のビーム３４８、３４６がユーザの目３４２、３４４に向けられている間、投影装置３５０を見ている。目３４２、３４４の間のビームの回転は、高速で連続して回転するミラー３５２によって行われ、この間同期ユニット３５４が必要なデータをそれぞれの目に送ってユーザに３Ｄ立体画像効果をもたらす。映像データは、前述の例と同様の方法で送られるが、１つの映像入力ライン３５６だけが、別の制御ライン３５８により入力と回転ミラーを制御する同期ユニットに接続されている。
【００６８】
本発明は、ウェアラブル立体画像３Ｄメガネに使用して、高性能の画像３Ｄ投影をもたらすことができる。この概念については、図１１Ｈに概略が示されている。立体３Ｄ画像を生成するために、２つの画像の間の相違をもたらすように動作可能な２つの投影チャネルを備えることが一般に必要である。最も一般的なシステムにおいて、ウェアラブルメガネは、必要な効果を維持するために使用される。ただし、メガネの透過性が不足すると、観察者の目に返される光の大部分を劣化させ、その結果輝度が減少してさらに強力な投影装置が必要になる原因となる。この特定の用途にＭＥＭＳ技法ベースのＤＬＰ投影装置（Digital Light Processing投影装置）を使用すると、たとえ一般には投影面自体の有効性が３Ｄメガネを使用しない場合よりも高くても、結果としてＬＣＤ投影装置の場合に比べてユーザの目に対して有効性と輝度が低下する。これは、このメガネが偏光器ベースであるためで、また通常のＬＣＤシステムから発せられる光は偏光されるので、投影面から観察者のメガネに向けて反射される場合、［マイクロミラー変調器ベースの投影装置（ＤＬＰ投影装置）からのように］、光はランダム偏光で生じた場合ほどには損失することなく、より効率的にメガネを通過する。
【００６９】
本発明による技法は、図１または図６に例示されているように本発明の投影装置の簡単な修正によって、（通常のＬＣＤ、ＤＭＤ／ＤＬＰ）両者の周知の概念よりもさらに全体的な有効性の向上をもたらす。修正は、ＳＬＭユニットの出力側の偏光器を取り除き、これにより（偏光光源の使用を考慮して）偏光器をまったく備えないようにすることが含まれる。したがって、スクリーン面上の投影画像は、メガネを着用しないユーザには見えなくなり、面上の光の点として表示される。メガネを着用して画像を見るユーザは、そのメガネがＳＬＭの出力側で偏光器として機能するので、画像が非常に明確に見えるようになる。その結果、高い輝度、高い有効性の画像が、観察者の３Ｄメガネで得られるのである。
【００７０】
さまざまな実施態様において前述してきた本発明による装置のすべての機能要素は、通信およびコンピューティング装置にとって不可欠な部分となる単一の混成コンポーネントに組み込むことができることを理解されたい。本発明は、フルカラーを生成するために複数の光源で実装される場合、あるいは白色光源の使用によって実装される場合にも適している。光源は、任意の種類のものでよく、たとえばレーザーダイオードであってもよい。
【００７１】
当業者であれば、添付の請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、これまで述べてきた本発明の実施例にさまざまな修正および変更を加えることができることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】光学素子光伝搬方式の主要光学素子を示す本発明による投影装置の概略ブロック図である。
【図２】図１の装置で使用される回折素子（トップハット）の動作をさらに具体的に示す図である。
【図３Ａ】図１の装置で使用されるＳＬＭの窓付き構造を示す正面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＳＬＭと共に使用される小型レンズアレイの構造を示す図である。
【図４Ａ】図３ＡのＳＬＭを通過するビーム伝搬方式を示す図である。
【図４Ｂ】図３Ｂの小型レンズアレイ装備のＳＬＭを通過するビーム伝搬方式を示す図である。
【図４Ｃ】ＳＬＭユニットの構造の具体的な例を示す図である。
【図５Ａ】偏光されていない光源を使用することによって生じる輝度損失の原理を表す図である。
【図５Ｂ】偏光されている光源を使用することによって生じる輝度損失の原理を表す図である。
【図６】投影画像の品質を高めるために図１の装置で使用される本発明による画像処理ユニットをさらに具体的に示す図である。
【図７Ａ】投影画像内の輝度を高めるための図６の装置の動作をさらに具体的に示す図である。
【図７Ｂ】投影画像内の輝度を高めるための図６の装置の動作をさらに具体的に示す図である。
【図８Ａ】スペックルに関連する問題を解決することを目的とする図６の装置の動作をさらに具体的に示す図である。
【図８Ｂ】スペックルに関連する問題を解決することを目的とする図６の装置の動作をさらに具体的に示す図である。
【図９】ＳＬＭに入力する光の混色変調を目的とする本発明による方法における主要動作ステップを示すフロー図である。
【図１０Ａ】本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施の例を示す概略図である。
【図１０Ｂ】本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施の例を示す概略図である。
【図１０Ｃ】本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施の例を示す概略図である。
【図１０Ｄ】本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施の例を示す概略図である。
【図１０Ｅ】本発明の装置での使用に適したカラー画像の投影の実施の例を示す概略図である。
【図１１Ａ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。
【図１１Ｂ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。
【図１１Ｃ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。
【図１１Ｄ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。
【図１１Ｅ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。
【図１１Ｆ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。
【図１１Ｇ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。
【図１１Ｈ】本発明による投影装置の適用例を示す概略図である。

Claims (31)

1. 空間光変調器（ＳＬＭ）ピクセル配置によって形成されるＳＬＭユニットのアクティブ面に入射され所定の断面を有する入射光ビームであって、入射光ビームの前記所定の断面は、前記アクティブ面のサイズに対応し、拡大光学素子は、ＳＬＭユニットの出力側に収容され、前記ＳＬＭユニットは、ＳＬＭピクセル配置の両側に第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを有し、当該第１のアレイの各レンズおよび当該第２のアレイのそれぞれ対向するレンズがＳＬＭピクセルのうち対応する１つのピクセルに関連付けられることを特徴とする装置。
2. ＳＬＭユニットに照射する入射光は特別に偏光され、ＳＬＭユニットの出力側で収容され、入射光ビームと実質的に同等なまたは入射光ビームに対して９０度回転したような偏光面の好適な配向性を持つ偏光器ユニットを有する請求項１記載の装置。
3. 光源系は高率偏光ビームを含む請求項２記載の装置。
4. ＳＬＭピクセル配置の入力側に入力偏光器を有する請求項２記載の装置。
5. 光源系は、入射光ビームの断面内で実質的に均一な強度分布を提供するように動作可能な光学的配置を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
6. 前記光学的配置は、ビーム強度分布を修正してその断面内に当該ビームの実質的に均一な強度分布を生成するように動作可能な回折素子を含む請求項５記載の装置。
7. 光源系は、光源によって生成される光ビームの断面に影響を与えて実質的にＳＬＭユニットのアクティブ面のサイズを有するビームの断面を提供するビーム拡大器を含む請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
8. 光源系は、実質的にＳＬＭユニットのアクティブ面のサイズの断面を有する光ビームを生成する光源を含む請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
9. （i）投影される画像を示すデータにデジタル処理を適用して、投影画像のスペックルに関連する影響を回避しまたは少なくとも大幅に軽減することと、（ii）投影される画像を示すデータの処理を行って、光強度の非均一性を補正することと、（iii）環境条件を示すデータを分析して、入射光ビームの強度および混色の少なくとも１つを調整することと、のうち少なくとも１つを実行するよう動作可能な画像処理システムを有する請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 投影画像を示すデータを生成し、前記データを画像処理システムに送信するよう動作可能な画像記録装置を有する請求項９（ii）記載の装置。
11. 環境条件を示すデータを生成し、前記データを画像処理システムに送信するよう動作可能な環境センサを有する請求項９（iii）記載の装置。
12. 投影される画像を示す画像化信号に応答して、ＳＬＭピクセル配置に対する変調信号を生成する変調ドライバを有する請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記変調ドライバは、画像処理システムに接続可能であり画像処理システムから前記画像化信号を受信する請求項９および請求項１２に記載の装置。
14. 前記ＳＬＭピクセル配置に関連付けられ、光源系の、異なる光成分に時変調を適用するよう動作可能な時変調器を有する請求項１から請求項１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記異なる光成分は異なる色成分である請求項１４に記載の装置。
16. 光源系は、空間的に分離された異なるカラー光成分を生成し、カラー光成分のうちの１つにそれぞれ関連付けられている追加ＳＬＭピクセル配置を有する請求項１から請求項１３のいずれかに記載の装置。
17. 投影面の前方に収容されている回転ミラーを有し、これにより立体画像の作成を可能にする請求項１から請求項１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記偏光器ユニットは、三次元画像を模倣可能なウェアラブルなメガネの面により構成される請求項２から請求項１７のいずれかに記載の装置。
19. 請求項１から請求項１８のいずれかに従ってそれぞれ構成された少なくとも２つの投影装置を有する投影システム。
20. 各投影装置に接続可能でありかつ当該投影装置によって作成される画像によって形成される投影面上の大型合成画像の作成を可能にするように動作可能な制御ユニットを有する請求項１９記載のシステム。
21. 前記投影面は凹形状である請求項２０記載のシステム。
22. 画像化されるデータを生成するよう動作可能なコンピュータシステムであって、当該コンピュータシステムのデータ生成実行部に接続され少なくとも１つの外部投影面上に画像を投影するように動作可能な請求項１から請求項２１のいずれかに従う装置を有するシステム。
23. （a）空間光変調器（ＳＬＭ）ピクセル配置によって形成されるＳＬＭユニットのアクティブ面のサイズに対応し所定の断面を有する入射光ビームを生成し、前記入射光ビームを前記アクティブ面に向けて方向付けることと、
    （b）前記光を、ＳＬＭピクセル配置の両側に第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを有し第１のアレイの各レンズおよび第２のアレイのそれぞれ対向するレンズがＳＬＭピクセルのうち対応する１つのピクセルに関連付けられているＳＬＭユニットに通過させ、同時に、投影される画像を示す画像化信号によりＳＬＭピクセル配置を操作することと、
    （c）ＳＬＭユニットから発せられる変調光を、拡大光学素子に通過させ、投影面に投影させることと、
    を有する、画像を投影するための方法。
24. ＳＬＭピクセル配置に向けて伝搬する入射光ビームの特定の偏光の提供と、実質的に入射光ビームと同等なまたは入射光ビームに対して９０度回転した偏光面の好適な配向性を有する偏光器への変調光の通過と、を有する請求項２３記載の方法。
25. 光源によって生成されるランダムに偏光された光ビームを、ＳＬＭピクセル配置の入力側に収容された偏光器に通過させることを有する請求項２４記載の方法。
26. 入射光ビームは高率偏光光源によって生成される請求項２４に記載の方法。
27. 入射光ビームは、実質的にＳＬＭピクセル配置のアクティブ面のサイズの断面を有する光ビームを発する光源によって生成される請求項２３から請求項２６のいずれかに記載の方法。
28. 入射光ビームの生成は、光源によって照射された光ビームのビーム整形光学素子への通過を有し、これにより所定の断面の入射光ビームを生成する請求項２３から請求項２６のいずれかに記載の方法。
29. ピクセルのデジタルジッターおよび減衰を適用するための、ＳＬＭピクセル配置の操作に先立つ前記画像化信号の処理を有し、これにより投影画像におけるスペックルの影響の軽減を可能にする請求項２３から請求項２８のいずれかに記載の方法。
30. 投影画像を示すデータの取得と、前記データの分析と、ＳＬＭピクセル配置の操作に先立つ前記画像化信号の処理と、を有し、これにより投影画像内に実質的に均一な強度を提供する請求項２３から請求項２９のいずれかに記載の方法。
31. 環境条件を示すデータの取得と、前記データの分析と、ＳＬＭピクセル配置の操作に先立つ前記画像化信号の処理と、を有し、これにより投影画像を形成する偏光の強度および混色の少なくとも１つを調整する請求項２３から請求項３０のいずれかに記載の方法。

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