JP2010055097A - レーザ光源をスペックル除去するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレーションによるスクリーンのスペックリングに関する視聴者の認知または認識を排除するシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】筐体と、該筐体に結合された投影スクリーンアセンブリと、該スクリーンに光学的に結合された画像投影エンジンと、該画像エンジンに光学的に結合されたレーザ光源と、該レーザ光源と該画像エンジンとに光学的に結合され、かつ、該レーザ光源と該画像エンジンとの間に置かれたスペックル除去ミラーシステムであって、該ミラーシステムは、第１のミラーと第２のミラーとを備え、該第１のミラーは、非平坦な反射表面を備え、そして、該第２のミラーに対して動くことができる、スペックル除去ミラーシステムとを備えている、投影テレビジョン。
【選択図】図１

Description

本明細書に記述される実施形態は、概して、レーザ光源に基づいた投影テレビジョンに関し、さらに詳細には、表示スクリーンにおけるレーザ光源のスペックリングの排除または低減を容易にするシステムおよび方法に関する。

レーザ光源に基づいた投影テレビジョン（ＰＴＶ）は、従来の投影テレビジョンよりもかなり広いガモットを有し、画像がより広い範囲の色を使用して表示されることを可能にし、鮮やかな色を有する画像をもたらす。しかしながら、レーザ光を使用する他のシステムに関しては、レーザ光源に基づいたＰＴＶは、画像がスクリーンに投影されると、スペックリングの発生を経験し得る。

照明しているレーザが表示スクリーンの起伏のある表面にぶつかると生じるスペックリングは、視聴者の気を散らし、そして、レーザ照明されるビデオプロジェクタからのビデオを楽しむことを妨げる。スペックルは、画面上のある場所から現れるコヒーレント光が、別の近い場所から現れる光と干渉した場所で生じる。スペックルパターンにおける明るい場所は、スクリーン上の場所の局所的な高さと光波の位相との関数である。

ビデオプロジェクタにおいて、スペックルを排除する１つの方法は、コヒーレント光が使用する経路長を継続的に変化させることであり、効果として、スクリーンにぶつかる光の位相を継続的に変化させることである。スクリーンにぶつかる光の経路および／または位相が、継続的に変化すると、スペックルパターンにおける明るい点は、消え、そして、継続的にどこか別の場所に再び現れる。スクリーンは、依然としてスペックリングしているが、スペックルパターンは、フレーム間で変化しており、そして、最終的には、視聴者の目が、個々のフレームのスペックルを連続的な色のレベルに統合する。

したがって、シンチレーションによるスクリーンのスペックリングに関する視聴者の認知または認識を排除するシステムおよび方法が、望ましい。

本明細書において提供される実施形態は、シンチレーションによるスクリーンのスペックリングに関する視聴者の認知または認識を排除するか、またはかなり低減させるシステムおよび方法に関する。一実施形態において、テレビジョンは、筐体およびレーザ光源に据え付けられたビデオ表示スクリーンと、画像表示エンジンと、表示スクリーンに光学的に結合されたミラーおよびレンズを含む光学部とを含む。レーザ光源からのレーザ光は、空間光変調器および投影光学部に行く途中で第１および第２のミラーに向けられる。好適には、第１および第２のミラーは、完全に平らではなく、そして、好適には、第１および第２のミラーのうちの一方または両方が、動くか、またはモータによって回転させられる。あるいは、第１のミラーもしくは第２のミラー、または両方が、光ビームが移動している方向に振動または発振する。必要に応じて、視準レンズが、ミラーによって導かれたビームの方向のずれを補正するために含まれる。ミラーは、好適には、少なくとも一波長分以上の量だけ平坦から外れ、そして、ビデオフレーム速度と異なる速度、かつ、互いに異なる速度で動くか、回転するか、または振動することにより、第１のミラーのずれに遭遇する光が、第１のミラーとは異なる位置で第２のミラーにぶつかるということを確実にする。コヒーレント光が、第１および第２のミラーによって反射されると、コヒーレント光が移動する経路長、またはコヒーレント光が向けられた方向は、継続的に変化し、このことが、効果として、スクリーンにぶつかる光の位相を継続的に変化させる。結果として、スペックルパターンにおける明るい点は、継続的に、消え、そして、フレーム間でスペックルパターンを変化させてスクリーン上のどこか別の場所に再び現れ、このことが、視聴者の目が、個々のフレームのスペックルを連続的な色のレベルに統合することを可能にする。

有利なことに、第２のミラーは（回転しても、振動しても）、特定の点が輝く時間の間隔を延ばす。回転または振動の速度が、２つの素数として選ばれた場合には、その間隔は、２つの速度の積となる。これはまた、特定の時間間隔で、ビームがデコヒーレンスを受けるということを必要とする用途（ビデオディスプレイを含む）にとって有用であり得る。

本発明の他の目的、他のシステム、他の方法、他の特徴および他の利点が、以下の図面と詳細な記述とを考察すると、当業者には、明らかであるか、または明らかになる。全てのかかるさらなるシステム、方法、特徴、および利点が、この記述の範囲内に含まれること、本発明の範囲内であること、そして、添付の特許請求の範囲によって保護されることが、意図されている。特定の方法および装置は、単なる例示として示されており、限定としては示されていないことが理解される。当業者には理解されるように、本明細書において述べられる原理と特徴とは、様々な多数の実施形態において利用され得る。

したがって、本発明は、以下を提供する。

（項目１）
筐体と、
該筐体に結合された投影スクリーンアセンブリと、
該スクリーンに光学的に結合された画像投影エンジンと、
該画像エンジンに光学的に結合されたレーザ光源と、
該レーザ光源と該画像エンジンとに光学的に結合され、かつ、該レーザ光源と該画像エンジンとの間に置かれたスペックル除去ミラーシステムであって、該ミラーシステムは、第１のミラーと第２のミラーとを備え、該第１のミラーは、非平坦な反射表面を備え、そして、該第２のミラーに対して動くことができる、スペックル除去ミラーシステムと
を備えている、投影テレビジョン。

（項目２）
上記第１のミラーは、それの軸周りを回転することができる、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目３）
上記第２のミラーは、それの軸周りを回転することができる、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目４）
上記第２のミラーは、非平坦な反射表面を備えている、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目５）
上記第１のミラーの上記反射表面は、上記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目６）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーの上記反射表面は、上記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目７）
上記第１のミラーは、光ビームの方向に振動する、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目８）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーは、光ビームの方向に振動する、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目９）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーに結合され、該ミラーを回転させる第１のモータおよび第２のモータをさらに備えている、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目１０）
上記スペックル除去ミラーシステムと上記画像エンジンとの間に置かれた視準レンズをさらに備えている、上記項目のうちのいずれか１項に記載の投影テレビジョン。

（項目１１）
スクリーン上にビデオ画像を投影するプロセスであって、
レーザ光源から現れるレーザ光を第１のミラーおよび第２のミラーに向かって導くステップであって、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方が、非平坦な反射表面を備えている、ステップと、
非平坦な反射表面を有する、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方を他方のミラーに対して動かすステップと、
画像エンジンの空間光変調器に向かって該第２のミラーからレーザ光を反射させるステップと
を包含する、プロセス。

（項目１２）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーのうちの少なくとも一方を動かすステップは、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方を他方のミラーに対して回転させることを含む、上記項目のうちのいずれか１項に記載のプロセス。

（項目１３）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーのうちの少なくとも一方に対して他方のミラーを回転させるステップをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか１項に記載のプロセス。

（項目１４）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーのうちの少なくとも一方を動かすステップは、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方を光ビームの方向に振動させることを含む、上記項目のうちのいずれか１項に記載のプロセス。

（項目１５）
上記光ビームの方向に他方のミラーを振動させることをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか１項に記載のプロセス。

（項目１６）
他方のミラーが、非平坦な反射表面を備えている、上記項目のうちのいずれか１項に記載のプロセス。

（項目１７）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーのうちの少なくとも一方の上記反射表面は、上記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、上記項目のうちのいずれか１項に記載のプロセス。

（項目１８）
上記第１のミラーおよび上記第２のミラーの上記反射表面は、上記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、上記項目のうちのいずれか１項に記載のプロセス。

（摘要）
投影テレビジョンにおけるレーザ源のスペックル除去を容易にするシステムおよび方法。好適な実施形態において、レーザ源からのレーザ光は、空間光変調器および投影光学部へ行く途中で第１および第２のミラーにぶつかる。好適には、ミラーは、完全に平らではなく、そして、好適には、動くか、または回転させられる。ミラーは、好適には、少なくとも一波長分以上の量だけ平坦から外れ、そして、ビデオフレーム速度と異なる速度、かつ、互いに異なる速度で動くか、回転することにより、第１のミラーのずれに遭遇する光が、第１のミラーとは異なる位置で第２のミラーにぶつかるということを確実にする。コヒーレント光が、ミラーによって反射されると、コヒーレント光が使用する経路長は、継続的に変化し、それにより、スクリーンにぶつかる光の位相を継続的に変化させ、スペックルパターンにおける明るい点を、継続的に、消させ、そして、スクリーン上のどこか別の場所に再び現れさせる。

製造、構造、および動作を含む例示的な実施形態の詳細が、添付の図面の検討によって部分的に確かめられ得る。図面においては、同様な参照番号は、同様な部分を指している。図面内のコンポーネントは、必ずしもサイズを合わせられておらず、その代わりに、例示的な実施形態の原理を例示することを重要視している。さらに、全ての例示は、概念を伝えることを意図されており、相対的なサイズ、形状、および他の詳細な属性は、文字通り、または正確に記述されているのではなく、概略的に記述され得る。
図１は、レーザ光源を有する投影テレビジョン（ＰＴＶ）の概略的な側面図である。 図２は、図１に示されたＰＴＶに組み込まれたスペックル除去ミラーシステムの概略的な斜視図である。

同様な構造または同様な機能の要素は、図面全体を通して例示の目的のために同様な参照番号によって概略的に示されていることに留意されたい。図面は、好適な実施形態の記述を容易にすることを意図されているだけであることにも留意されたい。

以下に開示されるさらなる特徴とさらなる教示とのそれぞれが、シンチレーションによるスクリーンのスペックリングに関する視聴者の認知または認識を排除するか、またはかなり低減させるシステムおよび方法を生成するために、他の特徴および他の教示と別個に、またはそれらと共に利用され得る。別個に、および組み合わせでの両方でこれらのさらなる特徴とさらなる教示との多くを利用する本発明の代表例が、添付の図面を参照して、ここでさらに詳細に記述される。この詳細な記述は、本教示の好適な局面を実施するためのさらなる詳細を当業者に教示することを単に意図されており、本発明の範囲を限定することを意図されていない。したがって、以下の詳細な記述において開示される特徴とステップとの組み合わせは、最も広い意味においては本発明を実施するためには必要ではないことがあり得、その代わりに、本教示の代表的な例を特に記述するために教示されているだけである。

さらに、代表的な実施例と従属請求項との様々な特徴が、本教示のさらなる有用な実施形態を提供するために、具体的にかつ明示的に列挙されていない方法で組み合わされ得る。さらに、明細書および／または特許請求の範囲に開示された全ての特徴は、本開示の目的のために、および実施形態および／または特許請求項における特徴の構成とは独立して請求される対象を制限する目的のために、互いから別個にかつ独立して開示されることが意図されていることにしっかりと留意されたい。全ての値の範囲またはエンティティの群の全ての表示は、本開示の目的のために、および請求される対象を制限する目的のために、可能な限り全ての中間の値、または可能な限り全ての中間のエンティティを開示することにもしっかりと留意されたい。

本明細書において提供される例示的な実施形態は、単に例示的な目的のために、投影テレビジョンに関して記述される。当業者は、実施形態は、表示スクリーン上に画像を照明するためにレーザ光源を利用する他の投影システムにおいて利用され得るということを容易に理解する。

詳細に図面を参照すると、図１は、レーザ光源を有する投影テレビジョン（ＰＴＶ）１０の概略図を描いている。ＰＴＶ１０は、キャビネットまたは筐体１２と、画像投影エンジンまたはシステム１３、例えば、ＤＬＰ、ＬＣＤ、またはＬＣＯＳに基づいた投影エンジンなどと、画像エンジン１３に結合されたミラー１６などの光学部と、画像エンジン１３に結合されたレーザ光源１１と、キャビネット１２の前面に取り付けられた投影スクリーンアセンブリ１４と、ミラー１８とを備えており、該ミラー１８は、キャビネット１２の内部１７に据え付けられ、かつ、投影スクリーンアセンブリ１４、画像投影エンジン１３、および光学部１６に光学的に結合されている。論理回路と他の電子コンポーネントとを備えているシャシー１５がまた、キャビネット１２の内部１７に据え付けられている。

上に示したように、スペックリングは、レーザ光源１１から照明している光が表示スクリーンアセンブリ１４のレンズ状スクリーンの起伏のある表面にぶつかると生じる。このスペックリングが、視聴者の気を散らし、そして、ビデオを楽しむことを妨げる。視聴者に対する画面上のスペックルの出現を排除するためには、視聴者がスペックルに気付くために充分な長さの時間、スクリーン１４上の同じ場所に、スペックルが、現れるべきではない。スペックルの場所は、好適には、投影ビデオのフレーム毎に少なくとも変わるべきである。さらに、ビデオ画像のスペックルのない部分に対するビデオ画像のスペックルのある部分は、フレーム毎に同じ場所に現れたり、時の経過と共にビデオ画像にわたって着実に広がったりするべきではない。これを達成するために、図１に示されたＰＴＶは、好適には、レーザ光スペックル除去ミラーシステムを装備され、該レーザ光スペックル除去ミラーシステムは、レーザ光源１１と画像エンジン１３との間に置かれている。画像エンジン１３は、好適には、空間光変調器を含む。

図２を参照すると、描かれているように、スペックル除去ミラーシステム２０は、好適には、第１のミラー２２と第２のミラー２４とを含み、該第１のミラー２２と該第２のミラー２４とは、完全に平らではない反射表面を含む。第１のミラー２２と第２のミラー２４とは、第１のモータ２３および第２のモータ２５の回転可能シャフトに結合される。必要に応じて、視準レンズ２６が、第１のミラー２２と第２のミラー２４とによって導かれたビームの方向のずれを補正するために含まれる。第１のミラー２２および第２のミラー２４の反射表面は、好適には、少なくとも一波長分以上の量だけ平坦から外れている。

動作において、レーザ光源１１から現れるレーザ光は、画像エンジン１３の空間光変調器および投影光学部１６に行く途中で第１のミラー２２および第２のミラー２４に向けられる。好適には、第１のミラー２２および第２のミラー２４のうちの一方または両方が、動くか、またはモータ２３およびモータ２５によって回転させられる。視準レンズ２６が、含まれる場合には、視準レンズ２６は、第１のミラー２２および第２のミラー２４によって導かれたビームの方向のずれを補正する。上に示されたように、ミラー２２およびミラー２４の反射表面は、好適には、少なくとも一波長分以上の量だけ平坦から外れている。第１のミラー２２および第２のミラー２４は、好適には、ビデオフレーム速度と異なる速度、かつ、互いに異なる速度で動くか、回転することにより、第１のミラー２２のずれに遭遇する光が、第１のミラー２２とは異なる位置で第２のミラー２４にぶつかるということを確実にする。コヒーレント光が、第１のミラー２２および第２のミラー２４によって反射されると、コヒーレント光が移動する経路長、またはコヒーレント光が向けられた方向は、継続的に変化し、このことが、効果として、スクリーン１４にぶつかる光の位相を継続的に変化させる。結果として、スペックルパターンにおける明るい点は、継続的に、消え、そして、スクリーン１４上のどこか別の場所に再び現れる。フレーム間でスペックルパターンを変化させることが、視聴者の目が、個々のフレームのスペックルを連続的な色のレベルに統合し、その結果、スペックルのないスクリーンを視聴者に出現させることを可能にする。

あるいは、第１のミラー２２および第２のミラー２４のうちの一方または両方が、光ビームの方向に振動および発振する。

有利なことに、第２のミラーは（回転しても、振動しても）、特定の点が輝く時間の間隔を延ばす。回転または振動の速度が、２つの素数として選ばれた場合には、その間隔は、２つの速度の積となる。これはまた、特定の時間間隔で、ビームがデコヒーレンスを受けるということを必要とする用途（ビデオディスプレイを含む）にとって有用であり得る。

上記の明細書において、具体的な例示的実施形態が、記述されてきた。しかしながら、様々な改変および様々な変更が、本発明のより広範な精神と範囲とを逸脱することなく行われ得ることは、明白である。例えば、本明細書に記述されたプロセスの流れ図に示されたプロセス作用の特定の順序および特定の組み合わせは、特に断りがない場合には、単なる例示であり、そして、本発明は、異なるプロセス作用もしくはさらなるプロセス作用、またはプロセス作用の異なる組み合わせもしくは異なる順序を使用して行われ得ることを、読者は、理解する。別の例として、１つの実施形態の各特徴は、他の実施形態において示された他の特徴と混合されたり、組み合わされたりし得る。当業者に公知の特徴およびプロセスは同様に、所望に応じて組み込まれ得る。さらに、かつ、明らかに、特徴は、所望に応じて追加され得るか、または置換され得る。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲とその均等物とを鑑みた場合を除いて、制限されるべきではない。

１０ 投影テレビジョン（ＰＴＶ）
１１ レーザ光源
１２ キャビネットまたは筐体
１３ 画像投影エンジンまたはシステム
１４ 投影スクリーンアセンブリ
１６ 光学部
１８ ミラー

Claims (18)

1. 筐体と、
   該筐体に結合された投影スクリーンアセンブリと、
   該スクリーンに光学的に結合された画像投影エンジンと、
   該画像エンジンに光学的に結合されたレーザ光源と、
   該レーザ光源と該画像エンジンとに光学的に結合され、かつ、該レーザ光源と該画像エンジンとの間に置かれたスペックル除去ミラーシステムであって、該ミラーシステムは、第１のミラーと第２のミラーとを備え、該第１のミラーは、非平坦な反射表面を備え、そして、該第２のミラーに対して動くことができる、スペックル除去ミラーシステムと
   を備えている、投影テレビジョン。
2. 前記第１のミラーは、それの軸周りを回転することができる、請求項１に記載の投影テレビジョン。
3. 前記第２のミラーは、それの軸周りを回転することができる、請求項２に記載の投影テレビジョン。
4. 前記第２のミラーは、非平坦な反射表面を備えている、請求項３に記載の投影テレビジョン。
5. 前記第１のミラーの前記反射表面は、前記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、請求項１に記載の投影テレビジョン。
6. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの前記反射表面は、前記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、請求項５に記載の投影テレビジョン。
7. 前記第１のミラーは、光ビームの方向に振動する、請求項１に記載の投影テレビジョン。
8. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーは、光ビームの方向に振動する、請求項１に記載の投影テレビジョン。
9. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーに結合され、該ミラーを回転させる第１のモータおよび第２のモータをさらに備えている、請求項３に記載の投影テレビジョン。
10. 前記スペックル除去ミラーシステムと前記画像エンジンとの間に置かれた視準レンズをさらに備えている、請求項１に記載の投影テレビジョン。
11. スクリーン上にビデオ画像を投影するプロセスであって、
    レーザ光源から現れるレーザ光を第１のミラーおよび第２のミラーに向かって導くステップであって、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方が、非平坦な反射表面を備えている、ステップと、
    非平坦な反射表面を有する、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方を他方のミラーに対して動かすステップと、
    画像エンジンの空間光変調器に向かって該第２のミラーからレーザ光を反射させるステップと
    を包含する、プロセス。
12. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーのうちの少なくとも一方を動かすステップは、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方を他方のミラーに対して回転させることを含む、請求項１１に記載のプロセス。
13. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーのうちの少なくとも一方に対して他方のミラーを回転させるステップをさらに包含する、請求項１２に記載のプロセス。
14. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーのうちの少なくとも一方を動かすステップは、該第１のミラーおよび該第２のミラーのうちの少なくとも一方を光ビームの方向に振動させることを含む、請求項１１に記載のプロセス。
15. 前記光ビームの方向に他方のミラーを振動させることをさらに包含する、請求項１４に記載のプロセス。
16. 他方のミラーが、非平坦な反射表面を備えている、請求項１１に記載のプロセス。
17. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーのうちの少なくとも一方の前記反射表面は、前記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、請求項１１に記載のプロセス。
18. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの前記反射表面は、前記レーザ光源からの光の一波長分以上平坦から外れている、請求項１６に記載のプロセス。

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