JP2006513447A - 画像投影装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)前記SLMユニットは反射型であり、画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含む多層構造の形状をしたSLM画素配置を備え、マイクロレンズアセンブリは光源システムからSLMユニットへの光の伝達方向に対して少なくともその上流で画素配列アセンブリの近傍に収容された少なくとも一つのマイクロレンズアレーを含み、入射光を画素配列上へ集光し焦点を合わせるよう動作する;
(ii)前記SLMユニットは画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含み、マイクロレンズアセンブリは、光源システムからSLMユニットへの光の伝達方向に対して画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第1および第2のマイクロレンズアレーを有し、画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第2のアレーのレンズは第1のアレーのレンズよりも小さく、小型レンズアセンブリはそれによって入射光を複数の平行光成分の形で各々複数の画素上に当たるように集光し焦点を合わせる;
(iii)光源システムは、n個の光源およびn個の光源によって生成される光の光学経路に光変換手段を備え、それにより波長域の異なるm個(m>n)の光ビームを生成する;
(iv)光源システムは、マルチモードレーザーを備え、それによりマルチモードによって生成される統合スペックルパターンにおけるスペックル効果を、シングルモードと比べて減少させる;
(v)光源システムは、少なくとも一つの高度偏光光源およびランダム偏光光源を備える。
(a)その画素配列アセンブリによって規定される空間光変調器(SLM)ユニットの活性表面の大きさに対応する所定の断面を有する少なくとも一つの入射光ビームを作成すること、および入射光を画素配列アセンブリに向けること;
(b)投影すべき画像を示す結像信号で画素アセンブリを動作させ、これによって画素アセンブリを透過する光の変調を起こすこと;
(c)変調光を、拡大光学素子を透過させ、投影面に投影すること;
この方法は、以下に挙げるもののうち少なくとも一つを特徴とする:
i)画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光ビームは、複数の前記画素各々の中心へ入射光の複数の光成分を集光し焦点を合わせる少なくとも一つのマイクロレンズアレーを透過し;変調された光成分は反射して画素配列アセンブリに戻る;
ii)画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光ビームは、離間され且つ平行な関係で収容された第1および第2のマイクロレンズアレーを透過し、ここで画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第2のアレーのレンズは第1のアレーのレンズより小さく、入射光はそのため集光され焦点を合わせられて複数の平行光成分の形の複数の画素上に各々当たる;
iii)波長域の異なるm個(m>n)の光ビームは、n個の光源を含む光源システムおよびn個の光源によって生成される光の光学経路における光変換手段よって作成される;
iv)投影画像におけるスペックル効果は、前記少なくとも一つの入射光ビームを作成するためのマルチモードレーザーを用いて低減される。
v)カラー画像は少なくとも一つの高度偏光光源(highly polarized light source)およびランダム偏光光源(randomly polarized light source)を用いて異なる波長域の入射光ビームを作成することにより投影される。
Claims (44)
- 光源システム、空間光変調器(SLM)ユニット、およびSLMユニットの出力側に収容された拡大光学素子を備える画像投影装置であって、前記装置は以下に挙げるものうち少なくとも一つを特徴とする:
(i)前記SLMユニットは、反射型であり、画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含む多層構造の形状をしたSLM画素配置を備え、前記マイクロレンズアセンブリは、前記光源システムから前記SLMユニットへの光の伝達方向に対して前記画素配列アセンブリの少なくとも上流側の近傍に収容された少なくとも一つのマイクロレンズアレーを含み、入射光を前記画素配列上へ集光し焦点を合わせるよう動作する;
(ii)前記SLMユニットは画素配列アセンブリおよびマイクロレンズアセンブリを含み、前記マイクロレンズアセンブリは、前記光源システムから前記SLMユニットへの光の伝達方向に対して前記画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第1および第2のマイクロレンズアレーを有し、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第2のアレーのレンズは第1のアレーのレンズよりも小さく、それによって前記小型レンズアセンブリは前記入射光を複数の平行光成分の形で複数の画素上各々に当たるよう集光し焦点を合わせる;
(iii)前記光源システムは、n個の光源および前記n個の光源によって生成される光の光学経路において光変換手段を備え、それによりm個(m>n)の波長域の異なる光ビームを生成する;
(iv)前記光源システムはマルチモードレーザーを備え、それによって統合スペックルパターンにおけるスペックル効果を減少させる;
(v)前記光源システムは、少なくとも一つの高度偏光光源およびランダム偏光光源を備える。 - 前記SLMユニットは、反射型であり、偏光ビームスプリッターを備える請求項1に記載の装置。
- 前記第1および第2のマイクロレンズアレーが、第1および第2のレンズアレーのレンズの焦点距離の和と等しい距離で互いから離間されている請求項1(ii)に記載の装置。
- 前記SLMユニット上に当たる前記入射光は特定の偏光を与えられ、前記装置は、前記SLMユニットの画素配置の出力側に収容される偏光子ユニットを備え、前記入射光ビームのものと実質的に同じとなるかまたは前記入射光ビームのものに対して90°回転した状態になるような偏光の平面の好ましい方向を有する請求項1に記載の装置。
- 前記光源システムは、少なくとも一つの高比率の偏光光源を含む請求項2または4に記載の装置。
- 前記SLM画素配置の入力側で入力偏光子を備える請求項4に記載の装置。
- 前記光源システムは、前記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する光学配置を備える上記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記光学配置は、前記ビーム強度分布を変更してその断面内で前記ビームの前記実質的に均一な強度分布を生成するよう動作する回折素子を含む請求項7に記載の装置。
- 前記光源システムは、前記光源システムによって生成される光ビームの断面に作用して実質的に前記SLM画素配置の活性表面の大きさの前記ビームの断面を提供するビーム拡大器を含む上記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記光源システムは、実質的に前記SLMユニットの前記活性表面の大きさの断面の光線を発生する光源を含む請求項1〜8のいずれかに記載の装置。
- 前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの両側に第1および第2の同様のマイクロレンズアレーを各々備え、第1のアレーの各レンズが前記画素配列の対応する画素と関連付けられるとともに第2のアレーの前記対応するレンズと関連づけられるようにし、各レンズは実質的に前記画素の大きさである請求項1(i)に記載の装置。
- 前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第1および第2のマイクロレンズアレーを備え、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第2のアレーのレンズは第1のレンズアレーのレンズより小さい請求項1(i)に記載の装置。
- 前記第2のアレーのレンズは、実質的に前記画素の大きさである請求項1(ii)または12に記載の装置。
- 前記SLMユニットは、透過型であり、前記画素配列アセンブリの両側に離間され且つ平行な関係で収容されるさらなる一対のマイクロレンズアレーを備え、前記マイクロレンズアレーは、前記画素アセンブリの上流の前記第1および第2のレンズアレーと実質的に対称的に同一である請求項1(ii)に記載の装置。
- 前記画素配列アセンブリにより近い前記アレーのレンズは、実質的に前記画素の大きさである請求項1(ii)または14に記載の装置。
- 前記画素アセンブリの同じ側の前記第1および第2のマイクロレンズアレーが、前記第1および第2のレンズアレーのレンズの焦点距離の和と等しい距離で互いから離間されている請求項12から15のいずれかに記載の装置。
- 前記光源システムは、いくつかの異なる波長域のいくつかの光ビームを生成するように動作し、前記光源システムと前記SLMユニットとの間に収容される波長選択型ペリスコープ構造が所与の波長に対して透過性を与え他の波長を反射し、前記装置はカラー画像を投影することが可能な上記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記光源システムは、いくつかの異なる波長域のいくつかの光ビームを生成するように動作し、前記装置は、前記光ビームの前記対応するものの前記光学経路にそれぞれ追加SLMユニットを備え、前記SLMユニットから出射する変調光ビームの前記光学経路に収容される波長合成器を備え、前記装置はカラーを投影することが可能な請求項1から16のいずれかに記載の装置。
- 前記光源システムは、前記異なる波長域の前記いくつかの光ビームを各々生成するためのいくつかの光源を備える請求項17または18に記載の装置。
- 前記光源のうち少なくともいくつかは高度偏光光源である請求項19に記載の装置。
- 前記光源システムは、n個の光源および光変換手段を備えることでm個(m>n)の波長域の異なる光ビームを生成する請求項17または18に記載の装置。
- 前記光源システムは、不可視域の光ビームを放出するレーザーダイオードを備え、前記光変換手段は、前記放出された光ビームを少なくとも二つの空間的に分離された光成分に分割するためのスプリッターアセンブリ、前記少なくとも二つの光成分によってポンピングされるよう適合され前記ポンピング光成分とは異なり異なる波長を有する二つの光ビームを各々生成する少なくとも二つの結晶、および高調波発生を前記二つの光ビームに適用するよう動作することで可視域の異なる波長の二つの光出力を生成するアセンブリを備える請求項21に記載の装置。
- 前記光源システムは、不可視域内の異なる波長の少なくとも二つの光成分を含む光ビームを放出するレーザーダイオードを備え、前記光変換手段は、前記放出された光ビームの前記少なくとも二つの光成分を空間的に分離するためのスプリッターアセンブリ、および第2高調波発生を前記少なくとも二つの光成分に適用するよう動作することで可視域の異なる波長の少なくとも二つの光出力を生成するアセンブリを備える請求項21に記載の装置。
- 前記スプリッターアセンブリは、ビームスプリッターおよびミラーを備える請求項22または23に記載の装置。
- 前記スプリッターアセンブリは、光学スイッチを備える請求項22または23に記載の装置。
- 高調波発生を適用するよう動作する前記アセンブリは、少なくとも二つの結晶を備える請求項22または23に記載の装置。
- 前記光源システムは、少なくとも一つのLEDを備える請求項21から26のいずれかに記載の装置。
- 画像を投影するための方法であって:
(a)その画素配列アセンブリによって規定される空間光変調器(SLM)ユニットの活性表面の大きさに対応する所定の断面を有する少なくとも一つの入射光ビームを作成し、前記入射光を前記画素配列アセンブリに向け;
(b)投影すべき画像を示す結像信号で前記画素アセンブリを動作させ、これによって前記画素アセンブリを透過する前記光の変調を起こし;
(c)前記変調光を、拡大光学素子を透過させ、投影面に投影し;
前記方法は、以下に挙げるもののうち少なくとも一つを特徴とする:
i)前記画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光線は、複数の前記画素の中心へ前記入射光の各々複数の光成分を集光し焦点を合わせる少なくとも一つのマイクロレンズアレーを透過し;前記変調光成分は反射されて前記画素配列アセンブリに戻る;
ii)前記画素配列アセンブリに向かって伝搬する前記入射光線は、離間され且つ平行な関係で収容される第1および第2のマイクロレンズアレーを透過し、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第2のアレーのレンズは第1のアレーのレンズより小さく、前記入射光は、集光され焦点を合わせられて複数の平行光成分の形で複数の画素上に各々当たる;
iii)波長域の異なるm個(m>n)の光ビームが、n個の光源および前記n個の光源によって生成される光の光学経路における光変換手段を含む光源システムによって作成される;
iv)投影画像におけるスペックル効果は、前記少なくとも一つの入射光ビームを作成するためのマルチモードレーザーを用いることによって低減される;
v)カラー画像が、少なくとも一つの高度偏光光源およびランダム偏光光源を用いて異なる波長域の前記入射光ビームを作成することにより投影可能である。 - 前記SLM画素配置に向かって伝搬する前記入射光位b−むおよび前記SLM画素配置から出射する前記反射された変調光を、偏光ビームスプリッターを透過させることを含む請求項28に記載の方法。
- 前記第1および第2のマイクロレンズアレーが、前記第1および第2のレンズアレーのレンズの焦点距離の和と等しい距離で互いから離間されている請求項28に記載の方法。
- 前記入射光に特定の偏光を与えること、および前記SLM画素配置から出射する前記変調光を、前記入射光ビームのものと実質的に同じとなるかまたは前記入射光ビームのものに対して90°回転した状態になるような偏光の平面の好ましい方向を有する偏光子を透過させることを含む請求項28に記載の方法。
- 前記入射光ビームの断面内での実質的に均一な強度分布を提供することを含む請求項28から31のいずれかに記載の方法。
- 前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの両側に第1および第2の同様のマイクロレンズアレーを各々備え、第1のアレーの各レンズが前記画素配列の対応する画素と関連付けられるとともに前記第2のアレーの対応するレンズと関連づけられるようにし、各レンズは実質的に前記画素の大きさである請求項28に記載の方法。
- 前記マイクロレンズアセンブリは、前記画素配列アセンブリの上流において離間され且つ平行な関係で収容された第1および第2のマイクロレンズアレーを備え、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第2のアレーのレンズは第1のレンズアレーのレンズより小さい請求項28に記載の方法。
- 前記SLMユニットは、透過型であり、前記方法は前記SLM画素配置から出射する前記変調光を、離間され且つ平行な関係で収容されるさらなる一対のマイクロレンズアレーを透過させることを含み、前記マイクロレンズアレーは、前記画素アセンブリの上流の前記第1および第2のレンズアレーと実質的に対称的に同一である請求項28に記載の方法。
- カラー画像を投影することを提供し、前記方法は、いくつかの異なる波長域のいくつかの入射光ビームを生成すること、およびこれらの光線を、前記SLM画素配置に向かう途中で、所与の波長に対して透過性を与え他の波長を反射する波長選択型ペリスコープ構造を透過させることを含む請求項28に記載の方法。
- カラー画像を投影することを提供し、前記方法は、いくつかの異なる波長域のいくつかの光ビームを生成すること、これらの光線を前記SLMユニットを各々透過させること、および前記変調光ビームを波長合成器を透過させることを含む請求項28に記載の方法。
- 前記光ビームのうち少なくともいくつかは高度偏光光ビームである請求項37に記載の方法。
- 前記n個の光源によってm個の光線を生成することは、不可視域の光ビームを放出すること、および前記光ビームを可視域における異なる波長の少なくとも二つの光ビームに変換することを含む請求項28に記載の方法。
- 前記変換は、少なくとも二つのレーザー結晶を各々ポンピングするため前記放出された光ビームを少なくとも二つの空間的に分離された光成分に分割し、それによって前記ポンピング光成分の波長とは異なり異なる波長を有する二つの光ビームを各々生成すること、および前記二つの光ビームに高調波発生を適用して可視域の異なる波長の二つの光出力を生成することを含む請求項39に記載の方法。
- 前記放出された光ビームは、不可視域内の異なる波長の少なくとも二つの光成分を含み、前記変換は、前記放出された光ビームの前記少なくとも二つの光成分を空間的に分離すること、および第2高調波発生を前記少なくとも二つの光成分に適用し、それにより可視域の異なる波長の少なくとも二つの光出力を生成することを含む請求項39に記載の方法。
- 前記投影画像における前記スペックル効果は、前記パルスの独立したスペックルパターンが人間の目の感受性より速く人間の目によって時間平均化された前記投影画像の統合スペックルパターンとなるように、前記入射光ビームを作成しながら前記レーザー光源に連続的にパルスを発生させることによって、低減される請求項28に記載の方法。
- 画像投影装置で使用するための空間光変調器(SLM)であって、前記SLMは、画素配列アセンブリと、前記画素配列から所定の距離で離間されることで、実質的に前記入射光全体が前記画素アレーアセンブリのアクティブ画素領域に当たるように入射光を集光し焦点を合わせる少なくとも一つのマイクロレンズアレーを含むマイクロレンズアレーアセンブリと、を含む多層構造を備えるSLM。
- 前記マイクロレンズアセンブリは、離間され且つ平行な関係で収容される第1および第2のマイクロレンズアレーを備え、前記画素配列アセンブリのより近くに配置された前記第2のアレーのレンズは第1のアレーのレンズより小さく、前記入射光は集光され焦点を合わせられて複数の平行光成分の形の複数の画素上に各々当たる請求項43に記載のSLM。
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