JP2009536747A - イメージ形成方法およびイメージ投影装置 - Google Patents

Abstract

イメージを形成する方法であって，入射波面の異なる領域のそれぞれに位相シフトをもたらすための装置を提供する工程であって，ここで前記位相シフトはリプレイフィールドにおいて生じるものと，ゼロ次光を前記リプレイフィールドと前記装置との間に焦点が合わさるようにする工程と，を含む方法。
イメージを投影する装置であって，入射波面の異なる領域のそれぞれに位相シフトをもたらすための装置であって，ここで前記位相シフトはリプレイフィールドにおいて生じるものと，ゼロ次光を前記リプレイフィールドと前記装置との間に焦点が合わさるようにする手段と，を含む装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は，回折によりイメージを得るためにそれぞれの位相シフトをもたらす装置のリプレイフィールドからのゼロ次光をブロックする方法，及び，回折技術を用いてイメージを投影する方法に関する。

光透過キノフォームや，空間光変調装置によるダイナミックキノフォームを用いたイメージ投影は，さまざまな理由から注目されている。キノフォーム放射を利用する多くの光がリプレイフィールド（Ｒｅｐｌａｙ ｆｉｅｌｄ）への道を見出すことから，技術がきわめて効率的になりえることが，このようなイメージを利用する利点の１つになっている。

本特許文献では，位相分布のパターンは簡略化のため，ホログラムとして参照されるが，これに限定されるものではない。この対象となる技術は２次元ビデオ投影システムに対する用途がありうるものの，繰り返しになるが本発明はこれに限定されるものではない。あるシステムにおいて，画素分解センサーによって取り出されたターゲットのイメージ
データおよび位相情報はリアルタイムでデータから検索される。また，位相情報はターゲット
イメージを示すリプレイフィールドを生成するために，例えばレーザ光を使って照明された適切なデバイスに適用されている。別のシステムでは，位相情報は，事前に記録した形式でこの情報を保管する記憶媒体から読み込まれる。また別のシステムでは，位相情報は（すなわち，真の目標イメージを持つことなく）コンピュータで生成される。
ＥＰ−Ａ−１４６６２１４８

しかし，画素分解空間光変調装置など位相再生装置には，良く知られたとおり，ゼロ次光の問題がある。このようなゼロ次光は，雑音とみなすことができ，鏡面反射された光や，空間光変調器上のパターンによっては屈折されないその他の光が含まれうる。

本発明のある実施態様は，ゼロ次光が集光する領域を越えた領域にリプレイフィールドが提供されるように，空間光変調器（ＳＬＭ）に適用された修正データに基づく。

本発明の別の実施態様は，ゼロ次光が集光する領域を越えた領域にリプレイフィールドが提供されるように，物理的手段が設けられるものに基づく。そのような物理的手段は例えば空間光変調器基材形成で構成され，あるいは，更なる回折手段（例えば，空間光変調器あるいは更なる空間光変調器の追加レイヤーなど）を提供することによって構成することができる。

本発明の第一の側面は，イメージを形成する方法に関する。そして，入射波面の異なる領域のそれぞれに位相シフトをもたらすための装置を提供する工程であって，ここで前記位相シフトはリプレイフィールドにおいて生じるものと，ゼロ次光を前記リプレイフィールドと前記装置との間に焦点が合わさるようにする工程とを含む。

この方法は，前記領域から前記リプレイフィールドに通過する前記ゼロ次光をブロックする工程を含んでもよい。

この方法は，それぞれの位相シフトに関連するイメージデータを提供する工程であって，前記位相シフトはコリメートされた入射ビームの場合はリプレイフィールドにイメージを形成するものであり，前記リプレイフィールドは前記装置の出力パスに設置されたフーリエレンズの焦点面に実質的に位置するものであるものと，前記リプレイフィールドが前記焦点面を超えて位置するように前記イメージデータを処理する工程と，を含んでもよい。

この方法は，イメージ光がゼロ次焦点エリアを越えてリプレイフィールドを形成するような基板を前記装置に持たせる工程を含んでもよい。

前記装置は透過性があり，装置基板を透過する光に装置基板が与える位相シフトの差を考慮して，位相シフトが前記装置上に投影されるように修正する工程をさらに含んでもよい。

この方法は，イメージング位相シフトを投影するための第１の装置を提供する工程と，前記第１の装置から離れていく回折光に球面状に情報を伝達する（ｉｍｐａｒｔｉｎｇ ｓｐｈｅｒｉｃａｌｉｔｙ）ための第２の装置を提供する工程とを含んでもよい。

本発明の第２の側面は，位相情報の分散を伝播する（Ｃａｒｒｙｉｎｇ ａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）装置のリプレイフィールドにイメージを形成する方法であって，前記方法は，前記位相情報を，イメージを表す位相情報上に球面状の特徴（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）となるように伝播させる工程と，コリメートされた光により前記装置を照射する工程と，前記装置からのゼロ次光を焦点領域に焦点を合わせる工程と，を含み，これにより，前記球面状の特徴が，前記リプレイフィールドを，前記焦点領域を超えるようにする方法に関する。

前記方法は，位相情報を前記装置上に埋め尽くす工程を含んでもよい。

前記装置は，空間光変調器であってもよい。

前記空間光変調器は電気的にアドレスを指定するものであってもよい。

前記空間光変調器はＬＣＯＳ空間光変調器であってもよい。

前記空間光変調器は球状状の特徴を表すデータを有する記憶保持データを含んでもよい。

前記空間光変調器は反射するものであってもよい。

本発明の第３の側面は，イメージを投影する方法に関する。この方法は，データを空間光変調器に書き込む工程と，前記空間光変調器が概ねコリメートした出力ビームを出力するように，コリメートされた光を前記空間光変調器に照射する工程と，前記空間光変調器（ＳＬＭ）によって回折しない０次光を第１の位置に焦点を合わせるように，前記出力ビームを収束レンズに導入する工程と，を含み，ここで，前記ＳＬＭに書き込まれたデータは，イメージデータを含み，前記ＳＬＭに書き込まれたデータは，前記イメージが前記第１の位置を越えて形成されるようにするためのデータをさらに含むことを特徴とする。

本発明の第４の側面は，イメージを投影する方法に関する。この方法は，データを空間光変調器に書き込む工程と，前記空間光変調器が出力ビームを出力するように，光を前記空間光変調器に照射する工程と，前記出力ビームをフーリエレンズに導入する工程であって，これにより，前記空間光変調器（ＳＬＭ）によって回折しない光を前記フーリエレンズの焦点に実質的に焦点を合わせる工程と，を含み，ここで，前記ＳＬＭに書き込まれたデータは，対象となるイメージを回復する位相データを含み，前記フーリエレンズと協同して前記出力ビームのイメージ内容が前記フーリエレンズの焦点を越えてリプレイフィールドを形成するように前記イメージデータが調整される方法に関する。

本発明の第５の側面は，リプレイフィールドからのゼロ次光をブロックする方法に関する。この方法は，照射された際にフーリエレンズを介してホログラム像をリプレイ面（ｒｅｐｌａｙ ｐｌａｎｅ）に形成する位相分配を有する画素分解デバイス（ｐｉｘｅｌｌａｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）を提供する工程であって，前記位相分配は前記リプレイ面を前記フーリエレンズの焦点を越えた位置になるようにする工程と，前記フーリエレンズの前記焦点からの光がリプレイ面に届くことを妨げるための装置を提供する工程と，を含む方法に関する。

前記フーリエレンズの前記焦点からの光がリプレイ面に届くことを妨げるための装置は，光ブロックを含んでもよい。前記フーリエレンズの前記焦点からの光がリプレイ面に届くことを妨げるための装置は，鏡を含んでもよい。

以下に本発明の実施態様を，実施例を用いて説明する。ただし，これらは本発明の理解を支援することのみが目的である。説明に当たっては，以下の添付図面も参照のこと。

図１に示されるように，光学的プロジェクションシステム１０は，コリメートされたレーザ光のビーム１５がシリコンの空間光変調器２０であって位相のみが非バイナリー画素空間光変調器であるものの上の液晶に位置するために，第１のコリメートレンズ１４の焦点に位置するように配置されたレーザ１２を有する。そして，ビームからの光は，空間光変調器２０において反射され，出力ビーム１６は同ビームを遮断するために配置されたフーリエレンズ６０を通過する。光ブロック４８はレンズ６０のフーリエ面に配置され，スクリーン７０はリプレイ
フィールドを形成するために光ブロックを超えて配置される。これについては，本明細書にて後に説明する。

以下イメージ データ４０としてよばれる位相データが，ターゲットイメージ（図示しない）を感知するイメージセンサー５２の既知のアルゴリズムを実装するプロセッサ５０を用いて導かれる。イメージデータは，対応するフェーズ
シフトが適切な光ビームに適用された場合，リプレイ フィールドのターゲットイメージに実質的に対応する２次元イメージを再生するフェーズ データに対する空間的配置を表す。本実施態様では，光ビームはコリメートされたビーム１５であり，光学系はフーリエレンズ６０を含む。

本実施態様では，修正されたイメージ データ４１を空間光変調器２０に提供するために，イメージデータ４０はイメージデータを修正することとなる更なるプロセシングブロック５２に入力される。これは空間光変調器２０がさらにレンズの効果を発揮するためである。空間光変調器をレンズとして機能させる使用例はＥＰ−Ａ−１４６６２１４８において開示されている。この実施態様では，レンズ化用データは記憶部５３に記憶される。本命最初において達成されたレンズ化効果は，球面状の特徴を提供する。従って，空間光変調器２０のピクセルあるいは位相要素に提供されたデータはイメージデータ要素およびレンズ化用データ要素から成る２種類の要素を有するものとみなすことができる。

既に述べたように，イメージデータ要素による効果は，通常，コリメートされた光ビーム１５により照明された場合にフーリエレンズ６０の焦点面にリプレイフィールドを提供することである。しかし，球面状の特徴を提供するレンズ化データ要素の効果は，そうでなければ焦点面にイメージを形成するであろう光の分散に類似しているとみなしうる。この結果は，リプレイフィールドが概ねもしも球面状のレンズ化要素がなかったとしたられプレイフィールドが存在したであろう位置の裏又はそれを越えた位置に配置されるように，さらにレンズ６０からスクリーン７０にリプレイフィールドを形成することを意味する。

空間光変調器２０によって回折されないゼロ次光はフーリエレンズ６０によって，フーリエレンズ６０の焦点面４５又は実質的にその焦点面に，焦点が合うようにされる。

位置４５に焦点が合わされたゼロ次光がイメージ面に到達しないように，光ブロック４８が図１における位置４５またはその付近におけるバリアを形成し，これは光ブロック４８により達成される。光ブロックのある実施態様は，黒点（ブラックスポット）を表面に有する透明なスライドである。そのスライドはゼロ次光が良好にブロックされる位置となるように，経験的に調節することができる。そのスポットのサイズも経験的に決定することができる。

次に図２について説明すると，第２のプロジェクションシステム１２０は，概して第１の実施態様１０と同様に動作することが分かる。レーザ１２からの光はレンズ１３０によって反射装置１４０（ここでは鏡）に焦点をあてられ，しかしながら他の実施形態ではプリズムが利用されてもよく，この反射装置はレーザ光学系の軸に対し４５°の傾きとなるように配置される。図１の実施の態様と同様，空間光変調器２０は反射する性質を有し，図1の情報に類似した情報が供給される。その結果，ゼロ次光は反射装置に戻り，一方反射装置を超えて配置されたメージング
プレイン１７０にてイメージ情報を提供される。

この実施態様において示された空間光変調器２０は反射装置ではあるが，透過型のモジュレーターも利用することができる。装置が透過型の場合は，基板は異なる厚さおよび／又は光学密度の領域を有する可能性が高く，このことにより，透過するに異なる位相シフトが存在することとなる。このことにより，光がそこを通過する装置の基板によりもたらされたそれぞれの異なる位相シフトを考慮して装置に表示される位相シフトを修正することが説明されうる。

上記した実施態様において，レンズ化データは外部プロセッサに供給される。しかし，その他の実施態様において，オンボードプロセッシングを有する空間光変調器が用いされ，空間光変調器のローカルに位置する記憶装置，あるいは空間光変調器によって統合された記憶装置はレンズ化データを記憶する。

その他多くの実施態様が存在する。例えば，ある実施態様の群は，静止したレンズ化パターンが液晶レイヤーにオーバーレイするレイヤーによって提供される。

上記実施形態では，エレメントのアドレッシングやＳＬＭ自体のピクセルに照射することにより，フェーズ分散を得ることができる。ＯＡＳＬＭにデータを書き込み，そして，イメージを生成するための光を得るためにそのＯＡＳＫＭを照射するためにＳＬＭに書き込まれたデータを用いることが，代替案としてあげられる。ある実施態様では，そのＬＣＯＳ ＳＬＭは，散開オプティックスを有し，ＬＣＯＳＳＬＭからのデータはＯＡＳＬＭを埋め尽くす（タイリングする）ために利用される。

これまで記載された実施形態はビデオイメージプロジェクションの分野におけるものである。しかし，本発明はその分野に限定されるものではない。

図１は，第１の実施態様に関するプロジェクションシステムを示す。 図２は，第２の実施態様に関するプロジェクションシステムを示す。

Claims (14)

1. イメージを形成する方法であって，
   入射波面の異なる領域のそれぞれに位相シフトをもたらすための装置を提供する工程であって，ここで前記位相シフトはリプレイフィールドにおいて生じるものと，
   ゼロ次光を前記リプレイフィールドと前記装置との間に焦点が合わさるようにする工程と，
   を含む方法。
2. 前記領域から前記リプレイフィールドに通過する前記ゼロ次光をブロックする工程を含む，
   請求項１に記載の方法。
3. それぞれの位相シフトに関連するイメージデータを提供する工程であって，前記位相シフトはコリメートされた入射ビームがリプレイフィールドにイメージを形成するものであり，前記リプレイフィールドは前記装置の出力パスに設置されたフーリエレンズの焦点面に実質的に位置するものであるものと，
   前記リプレイフィールドが前記焦点面を超えて位置するように前記イメージデータを処理する工程と，
   を含む，請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. イメージ光がゼロ次焦点エリアを越えてリプレイフィールドを形成するような基板を前記装置に持たせる工程を含む，
   前記いずれかの請求項に記載の方法。
5. 前記装置は透過性があり，
   装置基板を透過する光に装置基板が与える位相シフトの差を考慮して，位相シフトが前記装置上に投影されるように修正する工程をさらに含む，
   前記いずれかの請求項に記載の方法。
6. イメージング位相シフトを投影するための第１の装置を提供する工程と，
   前記第１の装置から離れていく回折光に球面状に情報を伝達するための第２の装置を提供する工程と，
   を含む，
   前記いずれかの請求項に記載の方法。
7. 位相情報の分散を伝播する装置のリプレイフィールドにイメージを形成する方法であって，
   前記方法は，
   前記位相情報を，イメージを表す位相情報上に球面状の特徴となるように伝播させる工程と，
   コリメートされた光により前記装置を照射する工程と，
   前記装置からのゼロ次光を焦点領域に焦点を合わせる工程と，
   を含み，
   これにより，前記球面状の特徴が，前記リプレイフィールドを，前記焦点領域を超えるようにする，
   方法。
8. 前記リプレイフィールドおよび前記焦点領域が概ね共通軸上にある請求項７に記載の方法。
9. 位相情報を前記装置上に埋め尽くす工程を含む，
   前記いずれかの請求項に記載の方法。
10. 前記装置が空間光変調器である，
    前記いずれかの請求項に記載の方法。
11. イメージを投影する方法であって，
    前記方法は，
    データを空間光変調器に書き込む工程と，
    前記空間光変調器が概ねコリメートした出力ビームを出力するように，コリメートされた光を前記空間光変調器に照射する工程と
    前記空間光変調器（ＳＬＭ）によって回折しない０次光を第１の位置に焦点を合わせるように，前記出力ビームを収束レンズに導入する工程と，
    を含み，
    ここで，前記ＳＬＭに書き込まれたデータは，イメージデータを含み，
    前記ＳＬＭに書き込まれたデータは，前記イメージが前記第１の位置を越えて形成されるようにするためのデータをさらに含むことを特徴とする，
    方法。
12. イメージを投影する方法であって，
    前記方法は，
    データを空間光変調器に書き込む工程と，
    前記空間光変調器が出力ビームを出力するように，光を前記空間光変調器に照射する工程と
    前記出力ビームをフーリエレンズに導入する工程であって，これにより，前記空間光変調器（ＳＬＭ）によって回折しない光を前記フーリエレンズの焦点に実質的に焦点を合わせる工程と，
    を含み，
    ここで，前記ＳＬＭに書き込まれたデータは，対象となるイメージを回復する位相データを含み，
    前記フーリエレンズと協同して前記出力ビームのイメージ内容が前記フーリエレンズの焦点を越えてリプレイフィールドを形成するように前記イメージデータが調整される，
    方法。
13. リプレイフィールドからのゼロ次光をブロックする方法であって，
    照射された際にフーリエレンズを介してホログラム像をリプレイ面に形成する位相分配を有する画素分解デバイスを提供する工程であって，前記位相分配は前記リプレイ面を前記フーリエレンズの焦点を越えた位置になるようにする工程と，
    前記フーリエレンズの前記焦点からの光がリプレイ面に届くことを妨げるための装置を提供する工程と，
    を含む方法。
14. イメージを投影する装置であって，
    入射波面の異なる領域のそれぞれに位相シフトをもたらすための装置であって，ここで前記位相シフトはリプレイフィールドにおいて生じるものと，
    ゼロ次光を前記リプレイフィールドと前記装置との間に焦点が合わさるようにする手段と，
    を含む装置。

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