JP2008511853A - レーザ投影システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、レーザ投影システム1に関する。それは、そのシステムにより生成される画像におけるわずらわしいスペックルアーチファクトの発生を減らすため、生成されたレーザビーム3のコヒーレンスを削減する手段を持つ。異なる屈折率を持つ第１A及び第２Bの不混和流体を有する透明なセル6を通ってレーザビーム3を通過させることにより、コヒーレンスが削減される。好ましくはエレクトロウェッティング技術を用いて、その流体はセル内で変位される。従ってセル6は、エレクトロウェッティングレンズとして実現されることができ、それは、擬似ランダム駆動信号で駆動される。

Description

本発明は、レーザビームを生成するレーザ光源と、レーザビームを面に投影する手段と、スペックル(speckle)アーチファクトを減らすスペックル削減手段とを有するレーザ投影システムに関する。
斯かるシステムは、米国特許第6,594,090 B1号に述べられる。このシステムのスペックル削減手段は、例えば電気モータにより駆動される移動可能な拡散器(diffuser)を有する。拡散器は、レーザビームのコヒーレンス(coherence)を、つまり例えば紙のような粗い面上にレーザ光が入射するとき生じるスペックルアーチファクトを削減する。
しかしながら、上述されたシステムは、スペックル削減手段において必要とされる追加的な移動可能な機械部分が原因でかなり複雑かつ高価である。
そこで、本発明の目的は、悩ましいスペックルアーチファクトを大幅に減らすことができ、より複雑でないレーザ投影システムを提供することである。
本目的は、請求項１によるレーザ投影システムを用いて達成される。
より詳細には、本発明は、レーザビームを生成するレーザ光源と、レーザビームを面に投影する手段と、スペックルアーチファクトを減らすスペックル削減手段とを有するレーザ投影システムに関し、そこでは、そのスペックル削減手段が、レーザビームの経路に配置される透明なセルであって、異なる屈折率を持つ第１及び第２の不混和流体を有するセルと、セルを通って伝播するとき、レーザビームの光学経路長を変化させるためそのセルにおける第１及び第２の流体の位置を制御する制御手段とを有する。
この装置は、機械的に移動可能な部分を与えることなく、時間におけるレーザビームのコヒーレンスが変えられることを可能にする。そのことが、十分なスペックル削減を可能にするより簡単でより安価なシステムを提供する。斯かるシステムは、移動する拡散器を備えるシステムよりかさばらず、消費電力が少ないことにもなる。従って小さな低電力システムが実現されることができる。
好ましくは、制御手段が、エレクトロウェッティング(electrowetting)効果に基づき第１及び第２の流体の位置を制御する。従ってスペックル削減手段は、エレクトロウェッティングレンズを有することができる。レンズの偏向特性が使用される必要はない。うまく規定されることができる(may be well defined)、光学経路長を変化させる機能だけが使用される。
エレクトロウェッティングレンズは、好ましくは、擬似ランダム(pseudo random)制御信号を具備する。これは、スペックルを削減すること自体が画像において見えることになるというリスクを削減する。
好ましくは、経路長はλ/4以上変化する。ここでλは、光源により生成される光の波長である。これは、スペックルの視覚的なわずらわしさ(annoyance)を削減するのに適切な変化を与える。
本発明のこれら及び他の側面は、本書に述べられる実施形態から明らかとなり、これらを参照して説明されることになる。
本発明は、レーザ投影システムに関し、そのシステムにより生成される画像における悩ましいスペックルパターンを減らすために、レーザ光ビームの時間におけるコヒーレンスを削減する手段を持つレーザ投影システムに関する。
スペックル(speckle)は、レーザビームのような非常にコヒーレントな光ビームが、例えば紙、繊維又はペイントされた壁といったランダムな面特性を持つ面により散乱されるとき生じる現象である。強度の山及び谷を生じさせる干渉が原因で、散乱光の異なる部分が、非常に不安定な光パターンとなる。
図１は、本発明の実施形態によるレーザ投影システム１を概略的に示す。
そのシステムは、レーザビーム３を生成するレーザ光源２と、そのレーザビームを面５上へ投影する投影手段４とを有する。
光源２は、例えば、2逓倍Nd-YAGレーザ、アルゴンイオンレーザ又はレーザダイオードといった照明に適しているいずれかの種類のレーザであってよい。投影手段４は、例えば、所定の経路に沿ってレーザビーム３を面５に投影し、こうして例えばテキストを有する画像を生成する移動可能な鏡を有することができる。その場合好ましくは、レーザ光ビームを変調するため鏡がシャッタ(図示省略)と組み合わせられる。もちろん、例えば、通常のテレビ装置と同様多数のラインを有する画像を生成するスイーピング投影手段及び液晶変調器を有する投影手段といった他の多くのタイプの投影手段が使用されることができる。一般に、非常にコヒーレントな光源が使用され、スペックルアーチファクトを減らす必要性がある限り、本発明によるいずれの種類の投影手段も考えられる。
図１に示されるように、画像が投影される面５は、投影システム１に含まれないことが考えられる。面５は、例えば、ビルの内壁又は外壁、紙又は繊維シートなどとすることができる。
レーザ投影システムは更に、スペックルアーチファクトを減らすために、レーザビーム３のコヒーレンスを削減するスペックル削減手段６、７を有する。スペックル削減手段６、７は、透明なセル６と、セル６を通り伝播するときレーザビーム３の光学経路長を制御及び変化させる手段７とを有する。
光学経路長が変化するとき、光ビームのコヒーレンスは、空間においてではなく、時間において減らされる。これは、光の位相は時間にわたり大きく変化するが、光ビームはその経路に沿ったいずれの点においても瞬間的にコヒーレントであることを意味する。これは、その法線(normal)の方向で投影面５を振動させることに対応する効果を提供する。
セル６において異なる屈折率を持つ第１及び第２の流体を変位させることにより、光学経路長が変化させられる。こうすることで、最高の屈折率を持つ流体を通りレーザビーム３が到達する距離が変化させられることができる。好ましくは、その変位は、知られたエレクトロウェッティング効果を用いて実行される。この態様で与えられるセル６の例が、以下説明されることになる。
図２は、第１の状態におけるエレクトロウェッティングレンズを示す。そのレンズは、スペックル削減手段の一部を形成するセル６を構成する。エレクトロウェッティングレンズ自体は、例えば国際公開03/069380 A1号より知られる。
そのレンズは、、管状の側面壁部分１０、並びに、共に円筒状の閉じた空間を規定する第１及び第２の透明端壁１１、１２を有する。側面壁部分１０の内部は、例えば金属層といった電極層１４で覆われる。電極層は、例えば、テフロン(登録商標)AF1600（デュポン(登録商標)）といった、疎水性の絶縁層１５により覆われる。
前述の閉じた空間は、第１Ａ及び第２Ｂの流体で満たされ、それらは、互いに非混和性があり、異なる屈折率nA及びnBをそれぞれ持つ。第１の流体Ａは、電気的に絶縁性があり、例えば、シリコンオイル又はアルカンである。第２の流体Ｂは、導電性及び極性があり、例えば、食塩水(salt water solution)である。好ましくは、第１及び第２の流体は、等しい密度を持つ。
図２に表される状態において、低又はゼロ電圧V1が第２の流体Ｂと電極１４との間に適用される。従ってセルは緩和される(relax)。この状態において、極性のある第２の流体Ｂは、できるだけわずかな疎水性の層１５を覆うことになる。これは、第１Ａ及び第２Ｂの流体の間のインターフェース１７が、左側の端壁１１に向かって出っ張ることになることを意味する。中心経路１９に沿って通過するレーザビームは、ここでは、第１の流体Ａを通り距離LA1飛び、第２の流体Ｂを通り距離LB1飛ぶことになる。すると光学経路の全長は、LA1*nA+ LB1*nBとなる。この用途において、レンズの偏向特性は使用されていない点に留意されたい。
図３は、第２の状態におけるエレクトロウェッティングレンズを示す。この状態において、第２のより高い電圧V2が第２の流体Ｂと電極１４との間に適用される。この回路には、非常にわずかな漏れ電流のみが流れることになる。なぜなら、疎水性の層１５は絶縁性があるが、ここでは第２の導電性のある流体Ｂが疎水性の層１５の大部分を覆うことを、適用された電圧が強制するからである。こうして、第１及び第２の流体の間のインターフェース１７は収縮し、代わりに右側の端壁１２に向かって出っ張り始める。すると、中心経路１９に沿って通過するレーザビームは、ここでは、第１の流体Ａを通り距離LA2飛び、第２の流体Ｂを通り距離LB2飛ぶことになる。すると光学経路の全長は、LA2*nA+ LB2*nBとなる。
本発明の実施形態によれば、図２の状態と図３の状態との間を変化させるよう、セル６を含むレンズが制御ユニット７により制御される。従って光学経路長の差Δdは、(LA1*nA+ LB1*nB)-(LA2*nA+ LB2*nB)となることになる。もちろん、２以上の状態が使用されることも、光学経路長が連続的に変化するようにされることもできる。好ましくは、Δdは、λをレーザ光の波長とするときλ/4より大きいべきである。人間の目に見えるようにするため、スペックルパターンは、約0.1秒にわたり一定でなければならない。わずらわしいスペックルパターンを減らすため、経路長は、10Hzより高い周波数、好ましくは50Hz以上高い周波数で変更されるべきである。好ましくは、光学経路長を制御するため擬似ランダム駆動信号が使用される。これは、コヒーレンス削減自体がユーザに見える状態になるというリスクを回避する。駆動信号の振幅、周波数及び位相のうちの１つ又はそれ以上が、ランダムな特性を持つことができる。
要約すると、本発明は、レーザ投影システムに関し、それは、そのシステムにより生成される画像におけるわずらわしいスペックルアーチファクトの発生を減らすため、生成されたレーザビームのコヒーレンスを削減する手段を持つ。異なる屈折率を持つ第１及び第２の不混和流体を有する透明なセルを通ってレーザビームを通過させることにより、コヒーレンスが削減される。好ましくはエレクトロウェッティング技術を用いて、その流体はセル内で変位される。従ってセルは、エレクトロウェッティングレンズとして実現されることができ、それは、擬似ランダム駆動信号で駆動される。
本発明は、記載された実施形態に限定されるものではない。添付された特許請求の範囲内で様々な態様で変更されることができる。
本発明の実施形態によるレーザ投影システムを概略的に示す図である。 第１の状態におけるエレクトロウェッティングレンズを示す図である。 第２の状態におけるエレクトロウェッティングレンズを示す図である。

Claims (5)

  1. レーザビームを生成するレーザ光源と、前記レーザビームを面に投影する手段と、スペックルアーチファクトを減らすスペックル削減手段とを有するレーザ投影システムであって、前記スペックル削減手段が、前記レーザビームの経路に配置される透明なセルであって、異なる屈折率を持つ第１及び第２の不混和流体を有するセルと、前記セルを通って伝播するとき、前記レーザビームの光学経路長を変化させるため前記セルにおける前記第１及び第２の流体の位置を制御する制御手段とを有する、レーザ投影システム。
  2. 前記制御手段が、エレクトロウェッティング効果に基づき、前記第１及び前記第２の流体の位置を制御する、請求項１に記載のレーザ投影システム。
  3. 前記スペックル削減手段が、エレクトロウェッティングレンズを有する、請求項２に記載のレーザ投影システム。
  4. 前記エレクトロウェッティングレンズが、擬似ランダム制御信号を具備する、請求項３に記載のレーザ投影システム。
  5. 前記光学経路長が、λ/4以上変化し、前記λは、前記光源により生成される前記光の波長である、請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザ投影システム。
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