JP2018508825A - 投影された光のためのスペックル除去システム - Google Patents

Abstract

プロジェクタによって表示面に投影された画像に見られるスペックルアーチファクトを低減することができる。一つ以上の光源によって照明された少なくとも一つの空間光変調器は、投影レンズによってスクリーンに結像することができる。偏向器サブシステムは、画像光が放出されるレンズに近接した像空間に提供することができる。この位置では、表示面の所与のフィールドポイントに向けられた画像光は収束するが、コリメートされたように見えることがある。偏向器サブシステムは、軸に沿って平面内で回転される傾斜光学プレートを含むことができる。偏向器サブシステムが時間的に回転されるにつれて、所与のフィールドポイントに向かう画像光は異なる光路を通り、少なくともスクリーンへの入射角を変化させることによって知覚されるスペックルを低減するために角度ダイバーシティを変化させる。

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１６年２月１８日に出願され、「投影された画像光を修正するためのスペックル除去装置」と題する米国仮出願第６２／１１７７５６号に優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

技術分野
本開示は、一般に、光学系に関し、より詳しくは、限定されることなく、ターゲット面へコヒーレントな又は部分的にコヒーレントな光を投影している間に生じるスペックルアーチファクトの視認性を低減することに関する。

レーザ投影技術は、特に緑色及び青色スペクトル帯域において、高コスト及び複雑なレーザ源から画像表示のための成熟したコスト競争力のあるオプションへと急速に進化している。レーザ投影から期待される潜在的な利点は、より大きな色域、より鮮やかな、飽和した明るい色、高コントラスト、及び低コスト光学系を含み、ますます実現されている。

しかしながら、スクリーンから反射するコヒーレント光の干渉によって引き起こされ、急速に変化する空間強度変動であるレーザースペックルアーチファクトの存在は、継続する課題である。特に、スペックルでは、入射コヒーレント光は、光の波長のオーダーで光学表面のランダムな粗さと相互作用する。光が反射するにつれて、粗さは、ランダム位相の副光源を生成し、それらは互いに干渉する。得られたランダムな強度変動は、スペックルノイズであり、画像の有効品質を低下させ、基本的に、特に高い周波数においてプロジェクタの有効解像度を妨げて低下させ得る「シマー効果」を生成する。レーザ以外の光源を使用するときにスペックルが発生することがあり得るが、コヒーレンス度が高いため、レーザが最も顕著な効果を与えることがある。

映画の場合、スペックルは、スクリーン面の光散乱特徴の干渉する多方向反射から発生する。スペックル低減のための戦略は、照明の空間的又は時間的コヒーレンスの修正、多数の無相関のスペックルパターンを互いに重ねること、又はその偏光状態を変更することを含んでいる。一つの方法は、表示スクリーンの振動又は振動運動を、知覚されるスペックルが大幅に低減され得る閾値速度を超える振動で提供することである。他の方法には、静的及び振動ディフューザ又は振動ファイバを使用することによって、又は照明又は画像光の経路の様々な光学部品を振動させることによって、レーザ照明のスペクトル線幅を広げ、空間コヒーレンスを低減することが含まれる。スペックルノイズを低減するためのいくつかのアプローチは、偏光ダイバーシティを増加させること、波長ダイバーシティを増加させること、（例えば動くディフューザを使用することによって）増加した角度ダイバーシティを提供すること、又は（例えばスクリーンの揺れによって）増加した空間ダイバーシティを提供することを含んでいる。典型的には、許容できるような低減されたスペックル視認性を達成するために、複数の技術が組み合わせて使用される。

一例として、トンプソンらによる「スペックル低減表示システム」と題する米国特許第５２７２４７３号は、コヒーレント光投影システムであって、音波でスクリーン振動を提供するためにトランスデューサが表示スクリーンに結合されたものを提供している。スクリーン振動は散乱体にわたる時間的な平均によってスペックルの視認性を低下させるので、時間、温度、及び位置についてのスクリーン張力の変化はスペックル低減の質を変化させ得る。

別の例として、チーらによる「レーザを用いた表示における画質の劣化を低減する装置」と題する米国特許第７１１６０１７号は、レーザとスクリーンとの間の光路に位置する軸方向に振動する鏡装置を提供している。鏡が軸方向に振動すると、光のスクリーンへの入射位置が変化し、スペックル視認性が低下させ、画質を向上させるように空間ダイバーシティが増加する。しかしながら、スクリーンにわたる画像の動きは、画像解像度を低下させる画像ディザも生成するかもしれない。

スペックル視認性を低下させるため表示面への入射光の空間的又は角度のダイバーシティを増加させる典型的な解決策も、顕著な画像解像度の損失を引き起こす。スペックルはレーザ投影システムにおいて繰り返される問題を提示するので、スペックル視認性を著しく低下させる改良されたスペックル補償機構が依然として需要があるが、それに伴う画質の低下も制限する。

一例では、スペックルアーチファクトを低減するためのシステムが提供される。このシステムは、光源と、レンズと、光軸を有する偏向器サブシステムとを含んでいる。光源は、少なくとも部分的にコヒーレントな光を放出するように構成されている。レンズは、光を収束光ビームとしてターゲット面の位置に向けて出射するように構成されている。偏向サブシステムは、レンズとターゲット面との間に設置可能である。偏向器サブシステムは、収束光ビームをターゲット面の位置に向かう角度方向に時間的に角度について偏向させるように、光軸について回転可能である光学素子を含んでいる。

別の例では、スペックルアーチファクトを低減するための装置が提供されている。この装置は、少なくとも一つの光学プレートと、ハウジングと、アクチュエータとを含んでいる。光学プレートは、光を透過させる内面及び外面を有している。内面及び外面は、くさび角だけ互いに非平行である。アクチュエータは、内面に入射し、外面から放出され、表示面の所定の位置に向けられる光ビームを角度について時間的に偏向させるように、光軸に平行な軸の周りにある回転速度で光学プレートを回転させるように構成されている。

別の例では、スペックルアーチファクトを低減する方法が提供されている。少なくとも部分的にコヒーレントな光は、レンズによって収束光ビームとしてターゲット面の位置に向けられる。収束光ビームは、角度方向についてターゲット面の位置に向かう収束を保ち、スペックルアーチファクトを低減するように、光軸を有する偏向器サブシステムにあって、光軸の周りに回転する光学素子によって、時間的に回転方向について角度方向が偏向される。

図１は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリを有する投影システムの一部を概略的に示している。 図２は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリを有する投影システムにおける単一色チャネルの例示的な発光スペクトルを示すグラフである。 図３は、別の実施例によるスペックルを低減するための屈折スペックル低減アセンブリを有する投影システムの一部を概略的に示している。 図４は、一例による屈折スペックル低減アセンブリを有する投影システムを含む映画館の上面図及び側面図を示している。 図５は、別の例による屈折スペックル低減アセンブリを有する投影システムの一部を概略的に示している。 図６は、一実施例による、それを通って伝播する画像光を有する投影レンズ及び屈折スペックル低減アセンブリの側面斜視図を示している。 図７は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリによって修正された表示面への画像光の入射の様相を示している。 図８は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリの一例を含むプロジェクタサブシステムの斜視図を示している。 図９は、一実施例によるメニスカス型屈折スペックル低減アセンブリの一例を概略的に示している。 図１０は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリのための投影レンズ及び傾斜光学プレートを概略的に示している。 図１１は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリの傾斜光学プレートの一例を通る光ビーム伝播の様相を示す図である。 図１２は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリの傾斜光学プレートと組み合わせた投影レンズの断面図を示している。 図１３は、一実施例による投影レンズのＭＴＦによって測定された投影レンズの一例の画質性能を示すグラフである。 図１４は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリによって提供された最小ディザの表面を有する投影を示している。 図１５は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリの傾斜光学プレートの配置の詳細を示している。 図１６は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリの傾斜光学プレートの側面斜視図を示している。 図１７は、いくつかの実施例による屈折スペックル低減アセンブリの傾斜光学プレートについて図１６の代替例を示している。 図１８は、いくつかの実施例による屈折スペックル低減アセンブリの傾斜光学プレートについて図１６の代替例を示している。 図１９は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリによって提供されるスペックル低減の一例のチャートである。 図２０は、一実施例による屈折スペックル低減アセンブリを設計するための工程の一例を示している。

以下の詳細な説明のために、特に示されていない、又は記載されていない要素は、様々な形態を取ってもよい。本明細書に示され及び記載された図は、本開示の特定の例に従う動作の原理及び構成要素の関係とそれらのそれぞれの光路とともに説明するために提供され、実際の寸法又は縮尺を示さないことがある。いくつかの誇張が、構造的関係又は動作の原則を強調するために必要であることがある。場合によっては、投影装置の光路に通常ある構成要素は、投影光学装置の動作をより明確に説明するために示されないことがある。また、明示されないか、又は文脈によって求められない限り、本開示において「又は」という言葉は非限定的な意味で使用される。

本開示の特定の様相及び特徴は、偏向器サブシステムによって偏向された光の角度ダイバーシティを増加させ、光が表示されるときのスペックルアーチファクトを低減するように、回転させることができる光学素子を有する偏向器サブシステムに関する。光学素子の一例は、モータ又は他のアクチュエータによって軸の周りに回転させることができる光学プレートである。光学素子は、傾斜していてもよい。投影システムの場合、ターゲット面への画像光の空間変位又は位置ずれの時間的な変化である画像ディザも、偏向器サブシステムによって制御することができる。偏向器システムは、スペックルが低減される表示面の位置に向かう角度方向を通る収束光ビームを偏向させるように、投影レンズと表示面との間の像空間に設置され得る。

本明細書で使用される「偏向器サブシステム」は、「スペックル除去装置」、「スペックル除去システム」、又は「屈折スペックル低減アセンブリ」とも称されてもよい。一例では、偏向器サブシステムは、スペックルの視認性又は知覚可能性を低下させるように、光を偏向するために回転でき、傾斜角、くさび角、又は湾曲部分を有し得る光学プレートを含んでいる。例えば、偏向器サブシステムは、プレートが回転するときに表示面に入射する合成ビームを生成するように、光の収束円錐を偏向させることができる。スクリーンの散乱体とのコヒーレント相互作用を変化させることによって生成された異なるスペックルパターンの角度ダイバーシティ及び時間平均の結果として、画像光の空間コヒーレンスが変調され、スペックルが時間的に平均され、スペックルコントラストが低減される。回転する光学プレートによって生成された画像ディザは、画像のぼけからの画像解像度の損失を制限するように、くさび角の量及び光学プレートの湾曲などのパラメータを使用して制御することができる。少量の画像ディザが残ることがあり得るが、画像光の空間的コヒーレンスを変調し、複数の散乱体にわたり時間的に平均することによってスペックルをさらに低減することができる。光学プレートを回転させることは、画像光の時間的コヒーレンスを変化させ、スペックルを低減するように、回転位置と比較して光路差を生じさせることによって画像光の光路長を変化させることができる。

低減されたスペックルの量は、偏向器サブシステムのパラメータの数に基づくことがあり得る。パラメータの例は、有効Ｆ＃、ガラス厚さ、傾斜角、傾斜光学プレートの屈折率、傾斜光学プレートの揺れ、モータ又は傾斜光学プレートの速度、及び画像ディザの量を含んでいる。残留画像ディザの量は、偏向器サブシステムのパラメータの数に基づくこともあり得る。このようなパラメータの例には、内側又は外側の光学面のくさび角、内側又は外側の光学面の曲率、内側及び外側の光学面のそれぞれの曲率、最小ディザの表示面に対する位置、及び傾斜光学プレートの揺れを含んでいる。

本開示で使用される「Ｆ値」（又はＦ＃又はＦ／＃）という用語は、受容口径に対する有効焦点距離の比である（Ｆ＃＝ＥＦＬ／Ｄ）。Ｆ値は、Ｆ＃が小さいほど、円錐の角度が大きくなり、その光の円錐の光搬送能力が大きくなるように、光の収束及び発散の幅を調整するために使用される。一般に、光学系に対して、議論されるｆ値は、投影レンズによって（例えば、中間像面から）集められた光のＦ値、又は表示面に入射する光のＦ値を指している。用語「開口数」も使用され、Ｆ＃の逆数の２倍である（ＮＡ＝１／（２＊Ｆ＃）。開口数は、物体の基部から限界開口（開口絞り）の縁部に行く光によって記述される角度（θ）を用いて直接に算出される［ＮＡ＝ｓｉｎ（θ）≒θ（ラジアン）］。集合的に、ｆ値及び開口数は、投影レンズのような光学系の速度を規定する。例えば、ＮＡが大きいほど、又はＦ＃が小さいほど、円錐の角度が大きくなり、その光の円錐を運ぶ光学素子の光搬送能力又は光学速度が大きくなる。

スペックルは、以下のように式（１）でパーセント（％）によって与えられるスペックルコントラストＣについて定量化することができる空間的ノイズである。

ここで、Ｉｓｔｄは平均強度Ｉｍｅａｎについての強度変動の標準偏差である。完全に発現されたスペックルのスペックルコントラストは１００％である。スペックルは、暗い周囲に分布し、及び分離された、光の局在化された不規則な明るい輝点の集積として現れる。スペックルは、粗い又は構造化された表面でコヒーレントな又は部分的にコヒーレントな光の局所的な生成させる及び消滅させる干渉から生じる。目立つスペックルは、画像システムによって提供された微細な空間詳細を分析する能力に対して、人間の観察者又はカメラのいずれについても投影された画質を著しく劣化させることがあり得る。スペックルは、人間の観客を視覚的に悩ませるようなレベルのノイズを画像に生じさせ得る。何らかの形態の補正がなければ、スペックルは、コヒーレントな照明で作成された画像を表示目的には適していないようにするような、十分に不快なものになり得る。

スペックル低減技術の一つの目標は、レーザスペックルの視認性、又は式（１）のスペックルコントラストを低減することである。例えば、キセノンアークランプからのインコヒーレント白色光がマットスクリーンに向けられるとき、スペックルは観察者が意識的に努力するとわずかに見え、約０．５％から３．０％のスペックルコントラストが、測定の設定によるが、典型的には測定される。スペックルコントラストは、得られたスクリーンに向かう０．１ｎｍの帯域幅のレーザ光のような、非常にコヒーレントな光源については５０％以上であり得る。さらなるベンチマークとして、スペックルが約１０％まで低下すると、多くの観客には一般に不快ではないとしても、視認することができ、画像コンテンツが表示されるときには一般に見過ごされる。あるいは、スペックルがさらに約３％から６％のレベルに低減されると、視認することがでるが、おそらく不快ではなく、画像コンテンツが表示されるとほとんどの観客にとっては忘れられるかもしれない。

スペックルの視認性は、光源（Ｓ）のコヒーレンス又はインコヒーレンスに直接に依存している。光源のコヒーレンスは、コヒーレンス長、コヒーレンス間隔、又はコヒーレンス量、すなわちコヒーレンス長とコヒーレンス間隔との積を用いて推定することができる。例えば、時間的なコヒーレンス長（ｌ_ｃ）はｌ_ｃ＝λ_ｃ ^２／Δλとして推定することができ、ここで、λ_ｃは中心波長であり、Δλは帯域幅である。インコヒーレント又は白色光の可視光源（例えば、キセノンランプ）の場合、推定コヒーレンス長は、ｌ^ｃ＝（５５０ｎｍ）^２／３００ｎｍ、すなわち約１ミクロンである。５０ｎｍの帯域幅を有する部分的にコヒーレントな緑色ＬＥＤ光源について、ｌ_ｃは約６ミクロンであり得る。比較すると、５ｎｍの帯域幅を有する緑色レーザ光源のようなさらにコヒーレントな光源についてｌ_ｃは約０．０６ｍｍであるのに対して、０．０１ｎｍの帯域幅を有する緑色レーザ光源は約３０ｍｍのｌ_ｃを有している。コヒーレンスは連続であってもよいが、偏向器サブシステムは帯域幅がΔλ≦１．５ｎｍのコヒーレント光源又は帯域幅がΔλ≦１５ｎｍの部分的なコヒーレント光源に適用することができ、さらに大きな帯域幅の部分的なコヒーレント光源を有する状況にも適用することができる。

一般に、スペックル低減は、スペックル低減係数Ｒについて、式（２）に反映されるような角度、偏光、及び波長ダイバーシティを含む多くの係数によって影響され得る。

ここで、Ｒ_ｐは偏光ダイバーシティを操作することによって得られた低減であり、Ｒ_Ωは角度ダイバーシティを操作することによって得られた低減であり、そしてＲ_λは波長のダイバーシティを操作する（帯域幅Δλを増加させる）ことによって得られた低減である。偏向器サブシステムは角度ダイバーシティを操作するために使用することができ、空間ダイバーシティを増加させることも寄与することがあり得る。角度ダイバーシティ低減係数Ｒ_Ωは、式（３）によって推定することができる。

ここで、Ω_ｐｒｏｊはスクリーンに投影された又は入射する光の立体角（Ω≒ＮＡ^２）を示し、Ω_ｄｅｔは、光検出器（カメラ）又は眼であり得る収集開口によってサンプリングされた出射光の立体角を示している。結像光学系の速度及び観客の眼の適応又は瞳孔の直径に依存して、約２倍から８倍の角度ダイバーシティコントラスト低減係数を得ることが可能である。スペックルの可視性は、スクリーン構築を含む他の要因にも依存し得る。一般に、スクリーンは、光を観客に戻すために、ランダムに配向された散乱体を有する粗い表示面を有している。表示面は、反射性であって前面投影に使用され、又は透過性（半透明）であって背面投影に使用され得る。

一例では、その表面から放出される光におけるスペックルの視認性を低減するために、スクリーン又は表示面に入射する角度ダイバーシティを増加させることができる。この文脈について、図１は、一例による屈折スペックル低減アセンブリ２５０である偏向器サブシステムを有する第１の種類の投影システム１００を示している。屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、投影レンズ４０とスクリーン又は表示面５０との間に配置される。投影レンズ４０は、表示面５０に画像を形成するために投影光４６を下方に投影することができる。表示面は、基板５２に設けられた反射層５４を有している。いくつかの例では、基板５２は、基板の上面などを反射性材料で作られている。投影光４６の下に位置する観客１２０は、表示面５０に投影された画像を見ることができる。

投影システム１００は３つ以上のカラーチャネル１０を有し、それは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を含んでいる。カラーチャネル１０は、各光源１５ｒ、１５ｇ、１５ｂ及び対応する空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを有している。一例では、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂは、テキサス州ダラスのテキサスインスツルメンツ社から入手可能なデジタル光プロセッサー（ＤＬＰ）空間光変調器のようなデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）である。空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの各々からの変調された出射光は、画像光２５を提供し、それは、ダイクロイックコンバイナ３０のような結合要素を用いて、一般に光軸３５に沿って、同じ光路に結合される。この構造は、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂが液晶デバイス（ＬＣＤ）のような別の技術であり、その特定の例である液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイスである場合に使用することができる。

光源１５ｒ、１５ｇ、１５ｂの各々は、ピーク波長と狭範囲の近接する波長にわたってある程度のエネルギー量を提供する帯域幅とを有する可視波長帯域を有する狭帯域光源（レーザ光源、ＬＥＤ光源、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＥＤ）光源など）であり得る。図２のグラフは、図１に示すようなデジタルプロジェクタの照明源として使用される代表的なレーザの発光スペクトルに対応する波長帯域９０の例を示している。この例では、レーザは、λ_１が５３２ｎｍのピーク波長を有するが、この中央値のわずかに各側にある波長にエネルギーも有する緑色レーザとして示されている。波長帯域９０の幅は、帯域幅Δλ_１（例えば、半値幅（fill-width half maximum bandwidth：ＦＷＨＭ））を有している。この同じ関係は、対応する波長帯域にわたる赤色及び青色レーザにも適用することができる。レーザプロジェクタにおいて使用される個別のレーザからの典型的なレーザ帯域幅Δλ_１は、レーザがコヒーレント光源であるように０．０５ｎｍから１ｎｍの範囲内にすることができる。また、図２は、同様であるが異なる個々のスペクトルを有する複数のレーザデバイスが光源を形成するために組み合わせて一緒に使用されると、より大きな合成スペクトル帯域幅（Δλ_{ｇｒｏｕｐ}）が生じ得ることを示している。この大きな合成帯域幅は、凝集体が部分的にコヒーレントな光源になるように、使用されるレーザに依存して、４ｎｍから１０ｎｍの半値幅Δλ_{ｇｒｏｕｐ}を有していてもよい。次に、例えば、緑色光において、これらの帯域幅は、ｌ_ｃ＝３０から８０ミクロンのコヒーレンス長さと同等であり得る。あるいは、一つ以上の光源がＬＥＤであると、この範囲にスペクトルを狭めるために、ダイクロイックフィルタなどのスペクトルフィルタ（図示せず）を使用することができる。

図１に戻ると、コヒーレントな又は少なくとも部分的にコヒーレントな光源１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから放射された光は、画像形成システムに受け入れられ、それは、図１の場合は、幅“ｗ”の空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ、（例えば、ダイクロイックコンバイナ３０のような）結合素子、及び投影光学系（例えば、投影レンズ４０）とを含んでいる。光源１５ｒ、１５ｇ、１５ｂは、それぞれ、単一の高出力レーザ光源を含むことができるが、これらの光源１５ｒ、１５ｇ、１５ｂは、自由空間光学系又は光ファイバを用いて共通の光路に結合される複数のレーザを含むことができる。空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂのそれぞれは、投影システム１００、この場合は投影レンズ４０要素のそれぞれの物体面６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂにある。さらに、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの各々は、表示面５０における画像面６４のように、表示された画像面と像共役関係にある。空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの各々は、正方形の表示画素（図示せず）のアレイを含み、それは、画面の投影画像画素のアレイを形成するように、投影レンズ４０によって表示面５０に結像される。空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂのそれぞれは、与えられた時点でそこに入ってくる画像データに対応するオン状態又はオフ状態の表示画素の可変パターンを生成することができる。映画用途では、ＤＭＤ表示画素は、７．５ミクロンの幅“ｗ”を有することができる。

コンバイナ３０によって合成された画像光２５は、この場合、表示面５０と一致する画像面６４に画像内容の画像を投影する一対のレンズ素子４２ａ、４２ｂを含む投影レンズ４０に到達することができる。画像光２５は、投影レンズ４０から射出されるときに投影光４６となる。これらの投影画像は、倍率ｍ＝Ｗ／ｗ又はＭ＝θ_２／θ_１を有する投影レンズ４０によって拡大することができる。画像面６４は薄い容積であり、表示面に投影された画像全体の高さ及び幅に対応しているが、その深さは、画像が適切な画質で合焦している被写界深度によって規定される。典型的には、「最良焦点面」は、像面湾曲又は非点収差のような軸外収差の曲率に追従することができる輪郭を有する湾曲した「面」である。表示面５０は湾曲していてもよい（表示面の曲率が一般的に最良の画質「表面」曲率に適合する場合、優れた画像品質が生じ得る。）。投影画像品質は、画像解像度、スペックル視認性、カラーレンダリング及びメタメリック欠陥、変調器アーチファクト（スクリーンドア効果など）、画像レンダリングアーチファクト、スクリーンアーチファクト及び光源変動を含む多数の要因に依存し得る。

投影システム１００は、図４に概略的に示されている劇場１５０のように、劇場で使用することができる。投影システム１００に加えて、劇場１５０は、座席１３０、通路１３５、及び観客１２０を含んでいる。投影システム１００は、表示面５０に対して画像光４６を下方に向ける。この下方への投影を可能にするために、画像光は、図１の投影レンズ４０を介してオフセットされて投影されることができ、又は投影システム１００を傾斜させることができ、あるいはそれらの組み合わせを使用することができる。レンズ光軸に対する垂直フィールドのオフセットを使用する場合には、図１の投影レンズ４０は、物体（例えば、ＤＭＤ）自体によって使用されるよりも大きな領域に結像するように設計することができる。この垂直フィールドオフセットは、全フィールド高さの２７．５％もの大きさであり得る。表示面５０は壁とすることができるが、典型的には前面投影スクリーンであり、そこから画像光が観客１２０に向かって散乱する。スクリーンは傾けることもでき、下端は観客に近くてもよく、又は離れていてもよい。スクリーン面特性（スクリーンゲイン）、スクリーン傾斜、及びスクリーン湾曲は、観客にどのように光が向けられるかに影響を及ぼし得る。この画面は“Ｗ”の幅を有しており、プロジェクタから距離“Ｄ”に配置されている。映画の分野では、距離“Ｄ”は“映写距離（ｔｈｒｏｗ）”であり、映写距離比（Ｔ）はスクリーン映写距離（距離Ｄ）対スクリーン幅（Ｗ）の比としてＴ＝Ｄ／Ｗで定義することができる。例えば、劇場の映写距離は４０から１１０フィートの範囲に収まり、劇場の映写距離比は０．７≦Ｔ≦２．０の範囲に収まることがあり得る。

コヒーレント光投影システム１００の動作中に、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂは、図１に示すように、映画又はビデオの画像フレームを表す画像データなどの画像データと整合するように、光源１５ｒ、１５ｇ、１５ｂからの放出コヒーレント光と少なくとも部分的に相互作用することがあり得る。この点に関して、制御信号が、データ処理システム（図示せず）によって、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂに供給される。特に、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂは、画像データ信号に従って入射光を変調するアドレス可能な変調器画素（図示せず）の２次元アレイを含むことができる。光変調は、マイクロミラー（ＤＬＰ）の傾きによる方向の向け直し、偏光回転（ＬＣＯＳ又はＬＣＤ）、光散乱、吸収又は回折を含む様々な機構によって提供することができる。入射光に空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを動作させることにより、少なくとも部分的にコヒーレントな画像光を生成することができる。

典型的に、そのような投影システム１００において、長い作動距離が必要とされるが、それは、複数の空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂからの光が投影レンズ４０によって遠い表示面５０に投影される前にコンバイナ３０を介して結合されるからである。光効率を向上させるために、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂから報酬された画像光２５を捕捉するように、投影レンズ４０を小さなＦ＃（例えばＦ／２）で動作させることが有用であり得る。しかしながら、投影レンズ４０は、この光を捕捉するためにサイズが大きくなるにつれて、ますます高価で複雑になる。さらに、変調伝達関数（ＭＴＦ）によって測定されるようなピーク画像品質は、典型的により遅い結像条件（例えば、〜Ｆ／５）に対して生じる。プロジェクタを含むレーザシステムはランプベースのシステムに比べてしばしば有利であり、それは、放射光のコヒーレンス及び小さなエタンデュが、小さい開口又はより大きいＦ＃の結像システムを通って高い光束を導くことを容易にするからである。しかし、レーザスペックルにつながるのはこの同じコヒーレンスであり、それは、コヒーレント光がターゲット面と相互作用する際に光学干渉を生じさせることがあり得るからである。

スペックルの視認性は、角度ダイバーシティ低減係数Ｒ_Ω又は投影立体角Ω_ｐｒｏｊが増加することによって低減することがあり得る。図１に関しては、収束光は大きな角度幅（大きな開口数（Ω_{ｐｒｏｊ．}＝ＮＡ_{ｓｃｒｅｅｎ} ^２＝ｓｉｎ^２（θ_２）≒θ_２ ^２））で表示面５０に提供することができる。しかし、スペックル低減は、変調器側の光の角度幅もまた大きいか、又は低いＦ＃（例えば、Ｆ／３以下）を有することを意味し得る。したがって、潜在的なスペックルの視認性を低減しようとする願望は、投影レンズの複雑さ、サイズ及びコストを低減する傾向と対立する。救済策として、プロジェクタシステム１００は、収束光の角度ダイバーシティを増加させるための回転光学素子を有することができる屈折スペックル低減アセンブリ２５０を備えることができる。

図３は、投影システム１００に代わって、図４の劇場１５０においても使用することができる投影システム１０１の別の例を概略的に示している。この投影システム１０１では、ダイクロイックコンバイナ３０を通過した画像光２５は、少なくとも一つのリレーレンズ素子７２ａを含むリレーレンズ７０を通って導かれる。リレーレンズ７０は、中間像面６２に形成された中間像に像共役な物体として空間光変調器２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの各々を有するように配置されている。リレーレンズ７０は、中間像面６２に向かって光軸３５に対して角度θ_３によって記述されるＦ＃で画像光２５を合焦させる。得られた中間像は、スクリーン又は他の表示構造が中間像面６２に配置された場合に見ることができる空間実像である。長い作動距離Ｗａを有して小さな倍率（１×から２×）で動作するリレーレンズ７０は、設計及び製造が容易であり得る。同様に、リレーレンズ７０を使用することによって、投影レンズ４０の作動距離Ｗｂを小さくすることもできるが、典型的に大きな倍率を与えられると有用であり得る。この投影システム１０１において、投影光学系は、開口絞り４８を備え、中間画像を遠方の表示面に再結像する多要素投影レンズ４０である。

空間中間像は、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの変調器画素の画素像である中間像画素のアレイを含むことができる。特に、中間像画素は、空間光変調器２０ｒ、２０ｇ、２０ｂからの対応する画素像が重なり合った整列した画像を含むことができる。対応する結像された変調器画素は、中間像面６２で中間像全体にわたって１／４以上の画素誤差内で共に整列することができる。いくつかの例では、移動するディフューザは、角度＞θ_３についてｆ値４４に広がる光の角度ダイバーシティを増加させることによるスペックル低減で支援するため、中間像面６２に配置することができるが、画像解像度（ＭＴＦ）が有意に減少し、投影レンズ４０の大型化、高コスト化を招く。プロジェクタシステム１０１は、スペックルを低減しながら、改善された構造及び性能を提供するため、屈折スペックル低減アセンブリ２５０を備えることができる。

いくつかの実施例の屈折スペックル低減アセンブリは、投影レンズと表示面との間の像空間に配置することができ、スペックルを低減するために、時間的な平均化と併用して、画像光の角度ダイバーシティを増加させることができる。スペックル低減は、検出器（目又は測定カメラ）の空間的及び時間的解像度内のＮ個の独立したスペックル構造を平均することに基づいている。図５は、コンバイナ３０からの少なくとも一部がコヒーレントな画像光２５を結像するためのリレーレンズ７０、一つ以上の空間光変調器（例えば、空間光変調器２０ｇ）、及び中間像面に中間像を形成するための光源（例えば、光源１５ｇ）を有する投影システム１０２の一例を概略的に示している。投影レンズ２４０は、中間像面が投影レンズ２４０の物体面２２０にもなるように位置合わせすることができる。次に、投影レンズ２４０は、一般に“Ｚ”方向に伝播する画像光の画像光ビーム２４６を用い、表示面５０のフィールド点に画像画素を形成するように合焦することで、遠方のターゲット面又は表示面５０に物体面２２０での空中実像を再結像させることができる。その結果、表示面５０に投影画像画素（又はスクリーン画素）を提供するために、空間光変調器の表示画素が結像される。図５に示すように、これらの画像光ビーム２４６は、投影レンズ２４０に近接して（例えば、そこから５ｍｍから２０ｍｍオフセットされ）配置された屈折スペックル低減アセンブリ２５０などの偏向器サブシステムを通って焦点を合わせる。屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、スペックル除去装置であって、投影レンズ２４０と表示面５０との間の像空間２２５のスクリーン側の画像経路の位置に配置されている。屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、内面及び外面を有する傾斜した光学プレートであって、一方の表面が他方に対してクサビ状又は傾斜しているような光学素子を含むことができる。屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、モータ機構によって光軸２１０に平行な、又は光軸２１０と同一直線上の機械軸の周りを回転する。傾斜光学プレートの回転軸は、内面又は外面のいずれかに名目上垂直な軸に平行でないか、又は同一直線上にない軸であってもよい。

リレーレンズ７０の観点からは、空間光変調器（例えば、空間光変調器２０ｇ）は、画像光２５が物体面２２０である中間像面に実空間像を形成するように条件付けられた物体の例である。例えば、投影レンズ２４０の観点からは、この実空間像は、ここで物体面２２０に存在する物体であり、表示面５０の離れた表示面（図示せず）は像空間２２５に存在する。像空間２２５は、投影レンズ２４０とスクリーン又は表示面５０との間の距離（例えば、映写距離“Ｄ”）である。図５にも示すように、投影レンズ２４０は、開口絞り２４８の周りの３つのグループのレンズ素子２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃに配置された投影レンズ素子２４２を含んでいる。スペックル除去装置は、様々な種類の結像光学系又は投影光学系と組み合わせて使用することができる。例えば、投影レンズ２４０は、示されているものとは異なるレンズ素子及びレンズ群の配置を有することができる。リレーレンズ７０及び投影レンズ２４０の両方は、屈折レンズを含むものとして示されているが、他の例においては、オフナーリレー又は３ミラーアナスタグマティックテレスコピック投影光学系のような鏡ベースのシステムによって、又は屈折素子及び反射素子の両方を有するカタディオプトリック設計を用いることによって、これらの機能の一方又は両方が提供できる。投影レンズ２４０は、リレー光学系を使用することなく、屈折スペックル低減アセンブリ２５０を介して、一つ以上の空間光変調器に、又は他の種類の物体を表示面５０に直接的に結像することもできる。

図６から図１０は、いくつかの様相による、屈折スペックル低減アセンブリ２５０及び屈折スペックル低減アセンブリ２５０を使用する特定の例を示している。図６の投影サブシステム２００に示すように、放出画像光ビーム２４６によって表される少なくとも一部がコヒーレントな画像光は、屈折スペックル低減アセンブリ２５０の一例の傾斜光学プレート２５５のような光学素子によって遮断され、方向を変えることができる。特に、画像光ビーム２４６は、投影レンズ２４０から放出され、傾斜光学プレート２５５の内面２５６を通って傾斜光学プレート２５５に入り、光軸に向かって屈折し、次にガラスの厚さを通過し、外面２５７を出ることができる。各出射画像光ビーム２４６は、次に、傾斜した光学プレート２５５の外面２５７（スクリーン側）の小さなスポット状領域を照明する。各画像光ビーム２４６は、遠方のターゲット面（例えば、図５の表示面５０）に伝播し、屈折スペックル低減アセンブリ２５０が存在しなかった場合の元の光路とほぼ同じ光路に沿って移動する。内面２５６及び外面２５７は、反射防止（ＡＲ）光学薄膜で被覆することができる。

次に、屈折スペックル低減アセンブリ２５０の傾斜した光学プレート２５５が、任意の時点又は傾斜光学プレート２５５の任意の所与の回転位置で回転すると、所与のスクリーン位置に向けられる所与の画像光ビーム２４６は、異なる方向に偏向されてプレート２５５の厚さを伝播する。傾斜した光学プレート２５５が位置回転又は回転期間にわたり回転すると、所与の出射画像光ビーム２４６が回転状にシフトされ、外面２５７にあるビーム位置に依存して（例えば、円形又は楕円形の）形状に変化する外面２５７の閉じた経路をたどる。任意の時点において、又は傾斜した光学プレート２５５の所定の回転位置において、画像光ビーム２４６によって表される所与のスクリーン位置に対する画像光は、外面２５７の光ビームの位置に関係なくその同じ名目上のスクリーン位置に収束することができる。

光学的には、画像光ビーム２４６は、光を聴衆に戻す散乱体を有することができる表示面又はその近くに合焦された画像光の集束円錐体であり得る。高い倍率（例えば、４００倍）のため、円錐は、傾斜した光学プレート２５５を通って伝播するそれの収差の影響に対してコリメートされたビームを近似するために遅い速度（例えば、Ｆ／３０００）で画面に向かって収束させることができる。図７に示すように、画像光ビームの収束円錐３２０は、画像画素３５５を形成するために屈折スペックル低減アセンブリから概ね“Ｚ”方向に伝播し、画像画素３５５は、散乱体５６を含む表示面５０の局所領域に見られるように、空間光変調器の所与の表示画素の投影された画像画素（又はスクリーン画素）である。しかし、屈折スペックル低減アセンブリの傾斜した光学プレートが回転され、画像光ビームが閉じた経路を通って掃引されると、対応する収束円錐３２０は光学プレートによって偏向され、次に異なる入射角３２５で表示面５０の所与の画像画素３５６に入射する。集合的に、光の収束円錐３２０は、収束円錐３２０として、時間的及び角度的に回転してシフト又は掃引され、スクリーン位置又は所定の画像画素３５６に向かう概して“Ｚ”方向に伝播する合成ビーム３００を規定する。この円錐は、ほぼ環状であり得るが、収束円錐３２０のサイズ（ＮＡ又はＦ＃）を有し、又は管状の光経路の中心がどれだけ光で占められているかを決定する関連した画像光ビームを有している。これらの円錐及び閉じた経路は、多かれ少なかれ円形又は楕円形であり得るが、屈折スペックル低減アセンブリを通るそれらの通過位置に依存している。

屈折スペックル低減アセンブリが存在すると、合成ビーム３００は、速い有効なＦ値（Ｆ＃２）又はより大きな投影開口数（ＮＡ_{ｓｃｒｅｅｎ}）又は立体角（Ω_ｐｒｏｊ）を提供することができ、そこで、光は局所的に方向付けられ、又はスクリーン面に向けられる。このことは、表示面５０に対し、画像光の角度方向を変化させること、又は画像光の空間的コヒーレンスを変調することによって、角度ダイバーシティを増加させることと同等であり得るので、屈折スペックル低減アセンブリの動作はスペックルのコントラスト及び知覚性を低減させることができる。検出立体角Ω_ｄｅｔが定数であると想定すると、角度ダイバーシティ減少係数Ｒ_Ωが増加するが、これは、投影立体角Ω_ｐｒｏｊが増加するためである。等価的に、このことは、一時的に平均された独立したスペックル配置の数Ｎが増加するについれてスペックル低減が向上するとして説明することができ、Ｎは増加した角度ダイバーシティ増加を測定し、Ｎ≒Ｒ_Ω＝ＮＡ_{ｓｃｒｅｅｎ} ^２／ＮＡ_ｄｅｔ ^２に従い、ＮＡ_ｄｅｔは目視又は測定カメラによって収集された円錐を定量化している。

図８は、物体面２２０に関する投影レンズ２４０と、屈折スペックル低減アセンブリ２５０としての偏向器サブシステムとを含む投影サブシステム２００の側部断面図を示している。図８の屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、機械軸２１５の周りに方向θ_Ｚに傾斜光学パテ２５５を回転させることができるモータ機構２８５のようなアクチュエータ内に取り付けられた傾斜光学プレート２５５の光学素子を有している。モータ機構２８５は、構造支持体及び回転して傾斜光学プレート２５５を保持する内側ハウジング２９５を提供する固定された外側ハウジング２９０を有することができる。モータ機構２８５のこの例は、ベアリングと（図示しない）直接に取り付けられた駆動モータとの両方を含むことができる。例えば、８．０インチの内側ロータ径を有するＵＴＨ−３５５−Ａ−８３−Ａｘ−０００モータのようなＵＴＨシリーズ高出力モータのようなApplimotion（カリフォルニア州ルーミス）ダイレクトドライブ、フレームレスモータは、この目的のために使用することができ、深溝軸受又はアンギュラコンタクト軸受を使用することができる。モータ機構２８５が投影レンズ２４０（開口絞り２４８を有する）及びレンズ鏡筒２３０を取り囲むエアギャップは、ほこり又は他の汚染物による侵入を制限するために封止され得る。しかし、モータ機構２８５は、機械的振動又はモータ機構から鏡筒への振動の伝達を低減して、表示面５０における画像の動きを制限するために、レンズ鏡筒２３０に直接に機械的に結合されていなくてもよい。モータ機構２８５は、表示面５０の回転運動の人間の知覚を回避するために十分に速い一定のθ_Ｚの回転速度による回転によって傾斜光板２５５を回転させることができる。一例として、動作回転速度又はモータ速度は４０から６０ヘルツ、又は２４００から３６００回転数を超えてもよく、それは、それを超えるとフリッカの人間の知覚が脱落する周波数範囲であるが、より低い回転速度が許容され得る。外側ハウジング２９０及び内側ハウジング２９５は、投影レンズ２４０に対して大きくすることができ、投影レンズ２４０が屈折スペックル低減アセンブリ２５０に対してその方向にオフセットされるようにすることができる。傾斜光学プレート２５５の機械的軸回転２１５は、投影レンズ２４０の光軸に対して、オフセットして平行であるか、又は同一直線上にあるかのいずれかであり得る。内側ハウジング及び外側ハウジングの代わりに、一つのハウジングのみを有するものを含む他のモータ機構を使用することができる。例えば、小さい高回転速度のモータが内側ハウジング２９５に直接取り付けられ、２つの対向するベアリングアセンブリがハウジングの直径の周りに１２０°の位置に位置するようにできる。あるいは、傾斜光学プレート２５５は、ハウジング内に取り付けられ、歯車又はベルト駆動装置によって回転駆動することができるが、それらのいずれも安価な解決方法であり得る。モータと傾斜光学プレート２５５との回転速度が同一である必要がないように、モータと傾斜光学プレート２５５との間で減速を使用することもできる。

傾斜光学プレート２５５は、投影レンズ２４０の光軸、傾斜光学プレート２５５の回転軸、又は内側ハウジング２９５の表面に平行な側面を有するように製造されることがあり得、それによって、屈折スペックル低減アセンブリ２５０の部分の数を低減することがきる。あるいは、傾斜光学プレート２５５は、図９に示すように、内面２５６（又は外面２５７）に対して垂直に切断された側面を有するように製造することができる。この後者の例では、屈折スペックル低減アセンブリ２５０の傾斜した光学プレート２５５を保持するための内側に角度をもったポケットを有するスリーブ（図示せず）を内側ハウジング内に取り付けることができる。

屈折スペックル低減アセンブリ２５０の傾斜光学プレート２５５は、くさび形の表面を有することができる。例えば、傾斜光学プレート２５５は、くさび形、曲率、又はそれらの組み合わせを有する形状の２つの非平行光学面（内面２５６及び外面２５７）を有する１枚又は２枚のプレートとすることができる。傾斜光学プレート５５の任意の所与の回転位置において、傾斜光学プレート２５５は、投影レンズ２４０（物体面２２０に対して位置決めされた）から出る画像光ビーム又は収束円錐３２０を偏向させ、表示面への元の光路に平行な光路上を移動するようにする。

非平行な光学面を有する傾斜光学プレートは、画像ディザを低減することができ、それは、関連する位置からの光ビームの平均偏差であってもよい。例えば、図１０に示すように、屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、像空間２２５に配置されている。傾斜光学プレート２５５は、投影レンズ２４０の光軸に平行な軸２１５の周りを回転することができる。傾斜角φ_１は、傾斜光学プレート２５５の内面２５６と、光学プレートの回転軸２１５に垂直な（すなわち、法線）直線との間である。光学プレート回転軸２１５に垂直な直線と、傾斜光学プレート２５５の外面２５７との間の角度は、傾斜角φ_１とくさび角φ_２（挿入図Ａを参照）との和である角度であり得る。くさび角φ２は、外面２５７が軸２１５に垂直な直線から傾斜角φ_１よりさらに外れて傾いている角度量を表している。この例のくさび角φ_２は、回転軸２１５に垂直な直線に対する内面と外面との間の角度の差であり、内面２５６が外面２５７と平行でない角度量を表している。くさび角の値φ_２は、プロジェクタからスクリーンまでのターゲット映写距離について画像光ビームを向け直すか又は中心を決め直すために選択することができる。一例として、傾斜光学プレート２５５は、１７°の傾斜角φ_１と４分のくさび各φ_２とを有することができる。２つの面はほぼ平行であってもよいが、非平行であることによって画像のディザを制御することができる。図１０は、傾斜光学プレート２５５のくさび面として外面２５７を示しているが、これに代わって内面２５６がくさび角φ_２を有し、所望のスクリーン位置に向かう収束円錐の方向を修正することができる。傾斜光学プレート２５５が回転するにつれて、画像光ビームを形成する光束を外面２５７の描かれたパターン（例えば環）の周りの異なる位置を介して掃引し、くさびは、表面と共に移動し、ターゲット面（例えば、図８の表示面５０）に向けられた又は向かうようにされた収束円錐が得られる角度補正を提供する。くさび角φ_２は、傾斜角φ_１を変更し、オフセットを提供することに代わって、少なくとも部分的に重なった、画素画像である画像面（例えば、図７の表示面５０の画像画素３５５）の所与の画像画素について共通の位置に向けて合焦するために偏向される所与の画像光ビームに対応する収束光を生じることができる。

回転する傾斜光学プレート２５５の有効回転速度は、スペックルが低減された画像をもたらす任意の速度であり得る。傾斜光学プレート２５５を回転させ得る速度範囲の一例は、２００ｒｐｍから３６００ｒｐｍ又はそれ以上である。回転速度の許容誤差は、厳密である場合もあるし、厳密でない場合もある。例えば、予想された回転速度と実際の回転速度との間の２５ｒｐｍの変動は、知覚可能な差異をもたらさないことがある。また、傾斜光学プレート２５５、外側ハウジング、内側ハウジング及び他の構成要素を負荷としているモータ機構は、バランスをとることができる。モータのバランスは、モータ機構の安定した長時間の動作を提供することができ、光学的要件よりも、振動がプロジェクタシステムに結合するのを制限するのに役立つ。機械的な絶縁を使用して、プロジェクタへの振動の結合を制限することもできる。モータの不均衡は、制限され得るが、ガラスの厚さ及びガラス密度に依存し得る傾斜光学プレートの重量によって部分的に影響され得る。しかし、小型モータの不均衡、又はモータの揺れは、傾斜角度φ_１を時間的に変化させることができる傾斜光学プレート２５５の揺れ（例えば、図１０の揺れΔφ_１）を引き起こすために使用することができる。例えば、揺れΔφ_１によって傾斜角を変化させることによって、サンプリングされる表示面の散乱体を変更することができ、潜在的に空間ダイバーシティを増加させてスペックル低減を助けるが、画像ディザが増加するという潜在的なコストを生じる。これらの影響は、このような揺れΔφ_１の大きさに依存することがあり得、揺れΔφ_１がどのようなものであるかは回転に同期している。揺れΔφ_１の量の一例は、±０．０５度又は±３分である。

図１１は、傾斜光学プレート２５５の幾何学的形状の例と、それを通る光の伝播の態様を概略的に示している。光ビーム２４６又は光線は、内面２５６に入射し、厚さｔ及び屈折率ｎの傾斜光学プレート２５５に屈折し、外面２５７に伝播し、表示面５０に向かって屈折する。最初に光軸２１に沿って又は平行に（又は機械軸に沿って又は平行であることもある）光線の屈折は、所与の厚さｔ、屈折率ｎ、及び屈折率ｎについて、式（４）のように変位ｄを決定することができる。

図１１の傾斜角φ_１は、光学プレート２５５の回転軸と内面２５６に垂直な直線との間の角度であり、これは内面と回転軸に垂直な直線との間と同じ角度である。画像ディザを低減又は除去するため、くさびが傾斜光学プレート２５５の外面２５７に示され、くさび角φ_２によって示されている。図１１において、αは、傾斜光学プレート２５５から距離Ｄ（映写距離）だけ離間した平面（表示面５０）の元の点に光を戻すように向け直す角度である。くさび角φ_２を有する外面に垂直な直線に対して向け直された角度は、傾斜角φ_１、くさび角φ_２及び向け直す角度αの和である。スロー距離Ｄと変位ｄの知識が与えられると、小角度近似によって向け直す角度αはｄ／Ｄとなる。傾斜光学プレート２５５についての最初のくさび角φ_２は、式（５）によって計算することができる。

したがって、図１１及び式４及び５から分かるように、光ビーム２４６が内面２５６に入射し、傾斜光学プレート２５５によって偏向されると、それは、屈折率、光学厚さ、くさび角、及び傾斜角の組み合わせに従って外面２５７から放出され、出射光ビームは、光学装置から所与の距離だけ離れた平面の同じ位置に向けられる。傾斜光学プレート２５５が時間的に回転すると、画像光が、（例えば、図７に示すような）角度量にわたって旋回し、より大きな時間平均開口数又はより小さいＦ＃が生成され、空間の実質的に固定された位置（傾斜光学プレート２５５から距離Ｄにあるスクリーン）に向けられる。画像ディザは、平面又は表示面５０までの画像光の光路長差であり得、画像光が傾斜光学プレートを横切って表示面を横断するときに、視界に対して変化し、画像ディザは表示面の平面を横切る距離であり得る。

傾斜光学プレート２５５は、一例として図１０に示すように、特定のガラス、厚さ２６２、直径、側面２５８のカット、及びくさび角φ_２を有して製造することができる。表面平坦度、スクラッチ掘削、ガラス均質性、及び反射防止（ＡＲ）コーティング性能についての適切な仕様も、決定して適用することができる。傾斜光学プレート２５５が作製されると、図８の内部ハウジング２９５内で整列されることができる。例えば、傾斜光学プレート２５５の傾きが、投影レンズ２４０の光軸と平行に機械軸２１５について、ｘ軸の周りであると、くさび角φ_２（前面と後面との間で非平行であること、又は平行であることからの差異）は同じ軸の周りを回転させることができる。傾斜角の設定又はくさびを製造のいずれにおける誤差も、互いに補償することができる。例えば、プレートのくさび角φ_２が適切な大きさの誤差で製造されると、傾斜角φ_１は画像ディザを制御するように調整され得る。同様に、限界内において、傾斜光学プレート２５５の傾斜角φ_１を変更することによって、映写距離の変化を補償又は調整することもできる。

傾斜光学プレート２５５を有する屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、スクリーン側（例えば、図５、８）の像空間２２５において、投影レンズ２４０の外部に配置することができる。一様相では、傾斜光学プレート２５５は、非点収差のような光学収差の影響を低減するために、収束又は発散ビーム空間に代わって、コリメートされた空間内に配置することができる。他の例では、傾斜光学プレート２５５は、開口絞り２４８に又はその付近で投影レンズ２４０内に、又は図５のレンズ素子２４４ｂとレンズ素子２４４ｃとの間のような投影レンズ素子のグループの一つ以上の間の光学区間に挿入することができる。傾斜光学プレート２５５が投影レンズ２４０の内部に配置されると、投影レンズ２４０の外部の位置と比較して、そのサイズ（直径及び厚さ）を小さくすることができる。そのような状況では、下流側（スクリーン側）投影レンズ素子２４２は、より大きい有効開口数をサポートするようにサイズを増加させることができる。また、レンズ内の空間は、レンズ素子２４４ｂとレンズ素子２４４ｃとの間の空間のように、開口絞り２４８又はその付近又は他の光学空間にあるかどうかにかかわらず、ＤＭＤ又はスクリーンにおける所与のフィールドポイント又は画素からの画像光２４６を考慮することに対し、コリメートされた空間を十分に近似しないこともある。特に、投影レンズ２４０内では、そのようなフィールドポイント画像光ビーム２４６はコリメートから著しく外れ、非点収差やコマ収差などの軸外光学収差は、傾斜光学プレートを通して結像するときに顕著になり、画質をさらに低減する。

一方、像空間２２５において、投影レンズ２４０の外部にあり得る屈折スペックル低減アセンブリ２５０は、画像光が傾斜光学プレートを通って伝播するときに有意な光学収差（例えば、非点収差、コマ収差）を生ずることを要しない。具体的には、個別の画像光ビーム２４６は、光ビーム２４６が傾斜光学プレート２５５の通過中に個別の基準でコリメートされたビームに近似することができる光ビームスクリーンの局所領域（例えば、１から数画素に示された領域）に比較的遅い速度（例えば、映写距離又は倍率に応じて、Ｆ／４００からＦ／７０００）での収束することができる収束円錐であり得る。個別の画像光のこの近く又は名目上のコリメーション２４６は、投影レンズ２４０が広角レンズであって、そこから像空間２２５に放出された画像光ビーム２４６が、全体として、大きなスクリーンを照射するために高度に発散することができたとしても、生じ得る。その結果、スクリーンへのより速い有効Ｆ＃（Ｆ_２）を達成することができる。しかし、そのより速いＦ＃が投影レンズ２４０の後に生成され、投影レンズの前又は投影レンズ内ではないため、投影レンズ２４０の速度を低下させることができ、今度は投影レンズ素子２４２のサイズ及びコストを低減させ、画質を向上させることができる。

図２０は、一実施例による特定の劇場における偏向器サブシステム用途の傾斜光学プレートを提供又は設計するための工程５００のフローチャートである。ブロック５１０では、劇場の映写距離及び映写距離率を含む劇場の構造が定義される。典型的には、スクリーン映写距離はスクリーン幅よりも長い。しかし、ワイドスクリーン劇場では、スクリーンの幅は映写距離よりも大きくなり得る。また、物体（例えば、ＤＭＤ又は中間画像）のサイズが分かっているので、投影レンズは、スクリーンへの名目上の横倍率（ｍ）及び視界（例えば、４０フィートのスクリーンに画像を表示するＤＭＤについて、ｍ≒４００×）の他に、ブロック５２０で識別することができる。投影レンズは、実際の光学処方を使用して、又は代わりに１次特性又は入力としてレンズをモデル化した出射光線トレースデータを使用して、識別又は規定することができる。

ブロック５３０において、角度ダイバーシティの所望の増加は、屈折スペックル低減アセンブリからのＦ＃の変化（すなわち、ΔＦ♯）又は開口数の変化（すなわち、ΔＮＡ）として、収束円錐の合成ビームを生成することからスクリーン（Ｆ_２）に対する速い有効Ｆ＃に関して規定される。ブロック５４０において、傾斜光学プレートは、傾斜光学プレートを最初に規定することができるパラメータとしてスクリーンに対する有効Ｆ＃を移して使用するように規定することができる。例えば、式４及び式５は、プレート、プレートの厚さ（表面に垂直）、屈折率ｎ（λ）、及び傾斜角によって引き起こされる光ビームの変位又は偏位に依存し、傾斜光学プレートを規定するために使用することができる。屈折率は、ガラス選択の好みによって規定することができ、板厚及び傾斜角の選択は、運動中の質量及びそのバランスに関する機械的な好みに依存することができる。ステップ５５０のその後の設計最適化の間、プレートの設計は、式４及び５を使用して定義された初期パラメータから逸脱して、交互のくさび角を決定するか又は曲面を表面に加えることを含んでもよい。この潜在的に反復的な設計アプローチの結果として、スクリーンへの有効Ｆ＃を低減することができる。この変化は大きくないかもしれないが、ブロック５６０で傾斜光学プレートを特定するために設計及び製作するのが容易なシステムを使用し、投影レンズによって収集されたＦ＃を物体面からより著しく変化させることと同等であり得る。

図２０の工程５００での傾斜光学プレートの設計は、増加した角度ダイバーシティのために合成ビームから表示面に所望の有効Ｆ値（Ｆ＃_２）を提供することができる画像光ビームのオフセットを規定することを含むことができる。画像光ビームのオフセット又は変位は、ガラスの屈折率、厚さ、及び傾斜角によって決定することができる。くさび角の選択は、画像光ビームが元の名目上のスクリーン位置にどのくらいよく戻ってくるかを決定することができる。屈折スペックル低減アセンブリの一次特性又はパラメータは、映写距離、視界（ＦＯＶ）、及び有効Ｆ＃の利得を入力として用いて（ブロック５４０において）規定することもできる。例えば、図１２は、物体面２２０に対して投影レンズ２４０を有し、光ビーム２４６として光を偏向させるための傾斜光学プレート２５５と組み合わせて、半画角に投影することができる焦点距離を有する投影サブシステム２００を示している。投影レンズは、長い映写距離を有する劇場を支持することがある。傾斜光学プレート２５５の使用は、ビームを補償するためにスクリーンに対するｆ値をより低いＦ値に変換し、又は、投影レンズ２４０が画像表示のために物体面２２０に対して異なるＦ値で動作するとしても、スペックル低減のために投影サブシステム２００が物体面２２０に対して特定のｆ値で動作するように見えるようにすることができる。

ブロック５５５で画質をチェックすることができる。例えば、光学設計ソフトウェアは、オプションとして、画質の影響を査定するために、光軸の周りを回転しているときの傾斜光学プレートの画像を分析するために使用することができる。傾斜光学プレートの所与の回転方向で傾斜光学プレートを通過する画像光ビームによって提供される瞬時ＭＴＦ画質は、図１３に示された、図１２のサブシステムの性能から実質的に不変であってもよいが、それは、画像光ビームがスクリーンに向かってほぼ又は名目的にコリメートされ、又は非常にゆっくりと収束し、非点収差のような傾斜プレート収差が最小限に抑えられるからである（例えば、≦λ／２０）。同様に、画像化の比較光学分析は、傾斜光学プレート２５５の有無にかかわらず、横方向の色がレンズ性能に支配され、傾斜光学プレート２５５の追加によって少し増加することを明らかにしている。

画質は、モータ機構によって回転された傾斜光学プレートを有する屈折スペックル低減アセンブリが著しい画像ディザを引き起こすか否かにも依存し得る。図７を再考すると、平面は、表示面５０のこの局所領域に平行で、プロジェクタに向かって“Ｚ”軸方向に戻る方向に離れて配置され、収束円錐３２０の重心が円形パターンを描く。表示面５０が収束円錐３２０が一点に集束しようとする最良の合焦位置からオフセット位置に配置されている場合、屈折スペックル低減アセンブリ２５０の回転運動が、画像の動き又はディザ（例えば、画像面５０の画像位置におけるΔｘ及びΔｙの変化）を生成する表示面５０の特定の位置を通って回転するように収束円錐３２０を生じることができる。画像ディザは、望ましくない残留ビームステアリング効果であり得、そこでは、傾斜光学プレートの動きは、画像光ビームに、傾斜光学プレートを使用することなく光ビームが方向付けられたであろう位置から離れたターゲット面にそれるようにさせる。得られた空間的な変位又は位置の変位は、画像解像度（ＭＴＦ）を低下させることがあり得る。しかしながら、傾斜光学プレートを有するような偏向器サブシステムは、このビームステアリング効果を低減又は除去し、その結果の動きを観客によって視覚的に感じられることを意図しない画素幅の端数で測定可能なレベルへの残留画像ディザに低減するように設計することができる。投影された画像は、走査された投影によってではなく、空間光変調器（図５参照）の領域投影を使用して作成することができ、スペックル除去装置からの画像ディザは投影された画像画素の小さな解像度損失のみを生じることがあり、その影響は画質を保持するために慎重に削減される。

具体的には、残留画像ディザは、所与の画像画素に関する時間に対する局所位置（Δｘ、Δｙ）を描く特徴的な倍率及び形状を有することができ、その最大の倍率は半画素幅より小さくなるように設計することができる。典型的には、傾斜光学プレートを通って光軸に沿って方向付けられ、中心スクリーンに向けられた画像光は、円形画像ディザプロファイルを有している。中心スクリーン画素へ投影された画像光の瞬時焦点位置は、傾斜光学プレートの１回転の間に画像ディザ円を２回横切る。一般化すると、画像ディザ曲線はエクスカーション領域を囲み、エクスカーション領域の外側境界は、所与のフィールド点で表示又はターゲット面を横断する画像ディザ領域を規定する。フィールド位置が増加するにつれて、軸外に投影された画像光が経験する画像ディザ曲線は、一般に非対称になる。また、フィールド位置が増加するにつれて、画像の焦点位置もまたエクスカーション領域内を遷移するように、画像のディザ曲線パターンはそれ自体と重なる傾向がある。例えば、これらの画像ディザ曲線の多くは、縁、楕円、か牛線、バラ曲線などの転跡線の特定の種類として記述することができる。特に、所与の画素位置における画像ディザ曲線パターンは、色又は波長で形状又は大きさがほとんど変化しないが、横方向の色で変化して、これらの曲線パターンを互いに空間的にオフセットさせることがあり得る。形状が非常に非対称であっても、これらの画像ディザパターンが連続的かつ予測可能であり、転跡線のような数学的に記述された曲線として特徴付けることができるということは、屈折スペックル低減アセンブリの動作中に画像ディザが確定的に既知の範囲内にとどまることを意味する。画像ディザは、すべてのフィールドポイントの最大許容誤差や、投影視界との異なるフィールドポイントに対して規定された一連の最大許容誤差を含む許容誤差で定義することができる。

この残留画像ディザは、図２０のブロック５５０においてモデル化され最適化され得る特徴的な大きさ及び形状を有することができる。特に、異なるフィールド位置における画像ディザ曲線、又はその最大値又は平均値を異なるフィールド位置で計算することができる。次に、例えば、設計の最適化の間に、スクリーンの中心に近い画像ディザの大きさを増加させつつ、軸外性能（画像ディザの低減）を改善することができる。また、最適化の間に、画素幅の端数は、（空間光変調器又は中間像における）表示画素又は画像画素又は（表示面における）スクリーン画素と等価的に計算することができる。また、発生する可能性がある様々な複雑な画像ディザ曲線パターンが与えられると、設計の間のベンチマークとして最大画像ディザを使用することは、発生する有効画像ディザを誇張し得る。したがって、時間平均の画像ディザの大きさで画像ディザをベンチマーク又は最適化することがより適切であり得る。

画像ディザが円形パターン、又はより複雑なパターンを通るかどうかは、画像ディザが一般に傾斜光学プレートの１回転につき２回転を完了することがあり得て、それは、スペックルの時間的な平均を改善することができる。一般に、スクリーン構造と散乱体に部分的に依存して、残留画像ディザは、表示面での距離（Δｘ、Δｙ）又は空間位置にわたる画像光／散乱体相互作用の有効空間ダイバーシティを増加させることによって、画像光の空間コヒーレンスを変化させることによって、スペックルの低減を支援することができる。別の点として、画像光が、フィールドに応じて異なる光路長で傾斜光学プレートを通過しても、屈折スペックル低減アセンブリの使用は、横方向の色誤差を含む有意な追加の収差を導入しなくてもよい。

画像ディザを制限するもう一つの要因は、その三次元的性質を説明することである。図１４は、最小のディザ４２０の弧状の表面プロファイルを生成する、屈折スペックル低減アセンブリを備えたプロジェクタシステム１００によって提供される、拡大投影された光４６を概略的に示している。最小のディザ４２０の表面プロファイルの中心がスクリーン中心で表示面５０と交差すると、最小ディザはスクリーン中心で発生し、ディザはスクリーン中心から離れるほど徐々に増加する。例えば、このような状況では、スクリーン中央の残留画像ディザは、投影画素幅の≦１／１００に制御することができる。

傾斜、厚さ、屈折率、及びスクリーンスローを含む傾斜光学プレートの初期パラメータは、初期くさび角を決定する図２０のブロック５４０において、例えば、式４及び式５を用いて規定することができる。これらのパラメータは、視界にわたって低減されたディザの加重平均を提供するために、表示面５０に対して図１４の最小ディザ４２０の表面プロファイルの位置を調整するように、ブロック５５０の設計の間に調整することができる。式は、所定の映写距離についてスクリーンの中心におけるゼロ画像ディザに対応するくさび角を提供することができる。視界（例えば、スクリーン領域の中央の５０％のを優先する）に対して、又は表示面５０に対して最小のディザ４２０の表面プロファイルを位置決めすることに対して、加重平均されて低減された画像ディザを提供することに関して最適化が発生すると、最適化されたくさび角は式５から与えられる初期の名目上のくさび角からそれる。より詳細には、図１４の挿入図に示すように、最小ディザ４２０の表面プロファイルは、スクリーンの前に落ちるか、ある点でスクリーンと交差するか、スクリーンを越えて押し出されるか、又はスクリーンと部分的に交差する中間位置に位置する。例えば、最小ディザ４２０の外形プロファイルは、スクリーン中央及びスクリーン縁部の近くにおいてより大きいディザが、円形領域で最小ディザが発生するように、表示面５０を二分割することができる。このようなアプローチでは、残留画像ディザは一般的に画面にわたってバランスを取ることができるが、スクリーンの中央での画像ディザは、スクリーン縁部におけるよりも低いレベルに制御することができる。一方で、画像コンテンツは、典型的には、スクリーン中心に向かって継続的に観客の注意を向けるので、スクリーン中央又はその近くの残留画像ディザからの解像度の損失がより少ないことに価値があり得る。一方、画像ディザが空間ダイバーシティ、したがってスペックル低減に寄与するので、スクリーンの中心に近い残留画像ディザに価値があり得る。このため、残留画像ディザが投影視界にわたって不平衡にバランスし、又は不平衡に平均される設計アプローチが使用されることがあり得、ここで、スクリーン中央ディザが、無視できるレベル（例えば、画素幅≦１／５０番目画素幅）に代わって有限レベル（例えば、≦１／１０番目画素幅）である。画面の縁部などの画面の他の場所での最大ディザは、投影された画像の画素幅以下になり得る。

劇場の構造の他の側面が性能に影響することがあり得る。図４に示すように、投影システム１００は、投影レンズにオフセット画像を投影させることによって、又はプロジェクタを傾けることによって、又はそれらの組み合わせによって可能になるように、下方の観客に投影することができる。図１４に示すように、最小ディザ４２０の表面プロファイルは、スクリーンに対して非対称的に位置することができ、スクリーンの最上部よりも底部のスクリーンから遠くでき、したがって、スクリーンの最上部で底部よりも画像ディザがより大きくなる。表示面５０の傾きは、最小ディザ４２０のこの表面プロファイルに対するスクリーンの整列を改善するか、又は悪化させることがあり得、スクリーン面にわたり存在する有効ディザを変化させる。スクリーンは、観客の近くに、又は観客から離れて、下端を傾けることができる。これに代えて、又はそれに加えて、劇場のスクリーンは、円筒形又は球形のように、観客に向かって湾曲することができる（例えば、図４を参照）。このようなスクリーン曲率は、屈折スペックル低減アセンブリを備えたプロジェクタシステムについて、スクリーンにわたり解像度及び歪みの両方を制御することに関し、画質を援助するが、湾曲したスクリーン面は、最小ディザの表面プロファイルに向かって湾曲してもよい。画像ディザを低減するためにブロック５５０で傾斜光学プレート２５５の設計を最適化することは、設計要因として、画像光４６の下向きの傾斜及び画面の傾き及び湾曲を含む表示面構造を説明することができる。一般に、残留画像ディザの設計及び関連する大きさは、投影レンズによって提供されるような最良の像の焦点の表示面又は平面で計算することができ、そこでは、最小ディザ４２０の表面プロファイルは表示面５０と交差している。場合によっては、スクリーンに対してプロジェクタの位置を移動させることによって、又はプロジェクタの位置に対してスクリーンを交互に調整することによって、残留画像ディザを最適化してもよい。

図１５及び図１６は、屈折スペックル低減アセンブリ２５０の傾斜光学プレート２５５を含む結像システムの一部を示している。傾斜光学プレート２５５は、投影レンズ２４０に対して位置決めされた２つの調整可能なくさび型光学プレート２８０ａ、２８０ｂを含んでいる。プレート２８０ａ、２８０ｂは、それぞれ画像ディザを最小限に抑えるための特定のくさびの一部を有することができ、シム又はテープによって維持され得る小さなエアギャップ２８２によって分離された内部光学面を有することができる。あるいは、この小さなエアギャップ２８２（例えば、１００ミクロンの厚さ）に光学屈折率を適合させる粘性流体を充填することができる。このギャップ２８２の幅は、デュアルくさび形プレートアセンブリによって提供される変位を修正するために、増加させることもできる。

二つのプレート２８０ａ、２８０ｂは、同一のガラスの種類、ガラスの厚さ、傾きφ_１及び半ターゲットくさび（φ_２／２）を有するように製造することができる。プレート２８０ａ、２８０ｂのくさびの角度及び大きさを測定することは、自動コリメータを使用して達成することができる。一旦製作されると、２つのプレート２８０ａ、２８０ｂは、潜在的くさび値の範囲内で所定の集合くさび角φ_２を制御可能に提供することができるように、互いに回転が整列される（図１６参照）。このことは、その局所ｚ軸又は局所的光軸の周りの他方に対してプレート２８０ａ、２８０ｂの一つを回転させることによって、設置されたプロジェクタの映写距離にくさびを調整することを含むことができる。θ_Ｚの回転範囲は、例えば、０〜１２０度の範囲に及んでいる。

２枚の調整可能くさび光学プレート２８０ａ、２８０ｂは、次に、互いに回転位置に固定され、内側ハウジングのスリーブ内のユニットとして一緒に搭載することができる。傾斜光学プレート２５５の傾斜がＸ軸の周りに発生すると、２つのくさびのベクトル和は、正味の総くさび角φ_２を生成するように、Ｘ軸の周りに回転することができる。プレートくさびのベクトル和の大きさの変化は、プレート２８０ａ、２８０ｂを互いに（図１６参照）ついて、及び得られた和がＸ軸の周りを回転したままである限り軸２１５（図１５参照）の周りを回転することによってなされ得る。例えば、各プレートが等しい量のくさびを有すると、傾斜光学プレート２５５の全てのくさびに対する調整をすることは、一方のプレートの時計回りの回転と、他方の反時計回りの反時計回りの回転とを含むことができる。この調整可能性は、スクリーン距離の変動に対する調整可能な補正を可能にすると共に、くさび及び傾きにおける製造誤差を補償することを可能にする。

２枚の調整可能くさび光学プレート２８０ａ、２８０ｂを含む傾斜光学プレート２５５は、その後、屈折スペックル低減アセンブリ２５０のモータ機構によって回転させることができる。このように、このデュアルくさびプレートは、単一のくさびプレートの解決策と本質的に同じスペックル低減及び画像ディザ制御性能を提供することができるが、より大きな柔軟性を有する。例えば、効果的なくさび角は、劇場の範囲に合わせて調整することができ、物流及びコストを低減することができる。

図１６には２枚の傾斜光学プレート２８０ａ、２８０ｂが示されているが、他の例では、２つ以上のプレートを使用することができる。いずれの場合も、傾斜プレートが画像光にもたらすことがあるビームステアリング効果を低減するために、適切な量のくさびをプレートに供給することができる。

いくつかの例では、単一の曲率のくさびプレートを傾斜光学プレートのために使用することができる。図１７は、くさび形及び湾曲した外面２５７の曲率２７５（視認性を誇張して示す）を有する傾斜光学プレート２５５の一例を示している。曲率２７５を有する傾斜光学プレート２５５は、軸２１５の周りに回転することができる。大きな半径（例えば、５メートルから５０メートル）を有する曲率２７５を提供することは、傾斜光学プレート２５５に少量の光パワーを導入することができ、それは、投影レンズ２４０の結像特性にはほとんど影響を与えないことができる。しかし、この種類の表面曲率は、視界に対する可変のくさびを提供することができ、スクリーンへ向かって偏向された収束円錐の狙いを改善することができ、画像ディザをさらに減少させ、特にスクリーンにわたってよりよく最適化することを可能にする。

いくつかの例では、図１７の傾斜光学プレート２５５は、内面２５６及び外面２５７の両方に曲率２７５を有するメニスカス型レンズであるが、付加的なくさび角φ_２を有するか有しない。図１８は、傾斜光学プレート２５５が投影レンズ２４０に対して位置決めされ、軸２１５の周りを回転可能なこのような一例を示している。内面２５６及び外面２５７のそれぞれは、曲率２７５及び特定の幅２６２を有している。このことは、両方の面に視界に対する可変のくさびを提供することにより、投影された視界にわたる画像ディザのより大きな制御を提供することができる。メニスカス型のレンズは、図１３の代替例と同様に２枚以上の板に分割することもでき、内面が平面又は湾曲し、適切なギャップで隔てられている。メニスカス型の傾斜光学プレート２５５は、少なくとも数フィートの投影範囲にわたって使用することができる。そして、調整可能なバージョンは、より大きな柔軟性とコスト削減を提供する。

共に考慮すると、劇場及びスクリーンが指定され（例えば、図２０のブロック５１０及び５４５）、所与の投影レンズモデル及び視界が知られると、スペックル視認性を低減し、フィールド全体にわたって画像ディザを制御するために、屈折スペックル低減アセンブリを規定することができる。スペックル低減は、有効Ｆ＃（Ｆ_１→Ｆ_２）又はスクリーン（又は物体面）における開口数を（図２０のブロック５３０で）指定することによって、又は傾斜光学プレートによって生成された結像光のエクスカーションを決定することによって決定することができ、それは、今度は、傾斜光学プレートのガラス又は屈折率（ｎ（λ））の選択、ならびにその厚さ、エアギャップ、及び傾斜角によって規定することができる。例えば、くさび角、一方又は両方の表面の湾曲などの傾斜光学プレートの他の変数を指定することによって、画像のディザを制御することができ、それは、今度は少なくともディザの表面の位置及び三次元形状を制御する。他のパラメータ又は変数は、画像のディザを制御したり、又はスペックルの視認性を低下させるための最適化（例えば、図２０のブロック５５０）したりすることで説明されるが、スクリーン傾斜及び曲率（図２０のブロック５４５におけるように）、最小ディザの表面の位置決め（ディザに影響を及ぼす）、モータ回転、回転速度、又は回転角（それもスペックルに影響を与え得る）、傾斜光学プレートのぐらつき（画像ディザ及びスペックルに影響を与え得る）も含むことができる。少量の画像ディザ（例えば、５から１０％）を保持することは、スペックル低減を助けることもできるが、それは、画像画素への入射光ビーム又は収束円錐は、合成ビームを提供し、スクリーン面の散乱体の局所的で時間可変な集積を横断するように、増加した角度空間を横切るためであり、それによって、角度及び空間の両方のダイバーシティを増加させる。オプションの画質チェック（例えば、図２０のブロック５５５）は、スペックル除去設計によって生じる画質損失（例えば、ＭＴＦ）を検査するために、スペックル除去設計工程に含めることもできる。

所与の劇場における屈折スペックル低減アセンブリで使用するための傾斜光学プレート（単数又は複数）を提供する工程５００は、異なる映写距離比、映写距離、及びスクリーン形状を含む、様々な劇場配置をカバーするように、繰り返すことができる。例えば、より短い映写距離（例えば、＜５０フィート）について、図１８のメニスカス型の傾斜光学プレート２５５は、＜１／２画素幅の最大画像ディザの目標閾値より低い残留画像ディザの値を提供することができるが、デュアルプレート設計（図１５）はさらに大きな値を有している。一方、スクリーンの映写距離が５０フィートを超えると、デュアルプレート設計は、＜１／２画素幅の最大残留ディザ値を提供することができるが、メニスカス型からの値はより小さくできる。異なる種類の傾斜した光学プレートを異なる劇場構成に使用することができるが、それは、映写距離に依存してもよい。例えば、映写距離が５０から６０フィートより小さい劇場では、メニスカス型の装置は画像ディザを低減する性能のために使用することができる。一方、映写距離が５０から６０フィートを超える劇場では、コストの低減のために単一又はデュアルプレートの種類の装置を使用することができる。

組み立て式の傾斜光学プレートの一組は、異なる劇場配置について異なる配置（例えば、デュアルプレート又はメニスカス）をサポートするために提供することができる。屈折スペックル低減アセンブリ２５０を形成するため傾斜光学プレート２５５の一つ以上の一組がモータ機構２８５で用いて取り付けるために予め設計されている場合、劇場、スクリーン、及びレンズが指定されたとき、予め設計された傾斜光学プレート２５５は、必ずしも最適化工程を再訪する必要なしに定義及び指定することができる。このような物流及びコストの問題は、図１５のように２つの調整可能なくさび型光学プレート２８０ａ及び２８０ｂを有するデュアルプレート型傾斜光学プレートを使用することによって改善することができる。例えば、映写距離比、スクリーン構造（曲率又は傾斜）及び残留画像ディザの指定に応じて、投影距離範囲を広げるために、１枚又は２枚のデュアルプレート設計のみが必要とされることがある。所与の映写距離範囲及び所与の映写距離比で動作するように設計された傾斜光学プレート２５５は、最適ではないが、より小さい極端な視界又はより大きな映写距離比についても機能することができる（たとえば、画像ディザが少ない）。しかしながら、映写距離比がより極端になるにつれて、目標レベル（例えば、半分又は７／１０番目画素幅未満）未満に画像ディザを低減するために、傾斜光学プレートを設計することは困難になり得る。画素サイズも大きくなるにつれて、画像ディザにおける端数の増加は同じ大きさではない。したがって、例えば、７０フィートの映写距離で０．７４の映写距離比のためのくさび型傾斜光学プレートの設計は、スクリーンの端部でさえ、依然として１／２画素幅より小さい最大ディザを提供することができる。このスペックル除去装置では、画像ディザを画面全体にわたり１／３画素幅以下に制限することができるが、最も極端な劇場では（例えば、４０フィートより小さい短い映写距離又は０．８０より小さい小さな映写距離比Ｔ）、特にスクリーン端部の近くで、より大きい値（例えば、１／２から３／４画素幅）が許容されてもよい。例えば、表示面に向けて偏向された光ビームの空間的な変位は、傾斜光学プレートのくさび角、傾斜光学プレートの湾曲、及び光軸を中心として回転する傾斜光学要素の揺れに基づく最大限度を有することができる。傾斜光学プレート２５５は、単一くさび型プレートデュアルくさび型プレート、単一曲率くさび型プレート、及びメニスカスプレートについての設計を含む傾斜光学プレートの一組から所与の劇場構造について選択することができる。

スペックル除去装置２５０は、屈折スペックル低減アセンブリ２５０で使用される傾斜光学プレート２５５の設計属性を調整することによって、画像ディザを制御又は低減するために使用することができる。図１９は、一実施例に従う回転する傾斜プレートを有するスペックル除去装置で完了した投影テストの結果を示している。異なるスクリーン及び光源について測定されたスペックルレベルが示され、スクリーンの前のデジタルカメラで収集された。特に、ベンチマークとして、異なる利得を有する３つのスクリーンにインコヒーレント白色光ランプ光源によって生成されるインコヒーレント光源スペックル４５０が示され、測定されたスペックルは本質的にスクリーンの種類に依存しない。別のベンチマークとして、図１９は、同じ３つのスクリーン上のコヒーレントな緑色レーザ光源について測定されたコヒーレント光源スペックル４６０を示し、そこでは、スクリーン利得が低下するにつれてスペックルが低下した。さらに、部分的なコヒーレント光源スペックル４７０は、部分的にインコヒーレントな光源である４つの緑色レーザから集められた照明で示され、そこでは、画面利得が低下するにつれてスペックルが低下する。最後に、図１９は、同じ４つの集合緑色レーザを含む照明と組み合わされ、スペックル除去装置で作成された回転プレートスペックル４８０を示している。この場合、図１９は、測定された回転プレートスペックル４８０はスクリーン利得が低下するにつれて約９．８％から約４．０％まで低下することを示している。スペックル除去装置は、コヒーレント光（スペクトル帯域幅Δλ〜０．０５から１ｎｍ）、又はΔλ〜２から１０ｎｍを有する部分的にコヒーレントな光で動作することができるが、例えばΔλ〜２０〜５０ｎｍのようなより広い帯域幅を有する部分的にコヒーレントな光でも動作することができる。図１９は、光学的スペックル除去装置の利点を示しているが、示された結果は、絶対的な低減ではなく、スペックル視認性の相対的な低減も示している。所与のスペックル測定で得られる測定値は、数パーセントにわたって変化する可能性があり、光源、表示面構造、カメラ設定、及びスペックル除去装置の動作に依存し得る。

傾斜光学プレートが回転するにつれて、スペックル除去装置を可変光路差（ＯＰＤ）で動作させることができる。回転すると、所定のフィールド位置に向かう所与の画像光ビーム又は収束円錐は、傾斜光学プレートを異なる厚さを介して通過する。例えば、プレートが所与の画像光ビームについて投影レンズに最も近い傾斜した位置に向いているとき、その画像光ビームはスペックル除去装置のガラスを通って第１の光学長さを通過し、それは、最短の光学長さである。比較すると、同じ所与の画像光ビームについて投影レンズから最も遠い傾斜した位置にプレートが向いていると、その画像光ビームは、スペックル除去装置のガラスの第２の光学長を通過し、それは、最長の光路長さである。これらの光路長さの差、すなわちＯＰＤは、生じる得る最大ＯＰＤである。中間のＯＰＤ値は、中間の回転位置で発生する。異なるＯＰＤ値は、表示面の異なる部分に向けられた異なる画像光ビームについて発生し、少なくとも部分的にコヒーレントな画像光の焦点位置を変更する。これらのＯＰＤは光源の予想されるコヒーレンス長と比較して大きくなり得るので、スペックル除去装置は、画像光ビームの時間的コヒーレンスを変化させ、時間的にインコヒーレントなスペックルパターンを時間的に平均化することによって、さらなるスペックル低減を提供することもできる。

傾斜光学プレートが回転すると、得られたＯＰＤの時間的な変化は、異なる距離の範囲を横断し、ターゲット面として平面又は表面に向かって合焦する少なくとも部分的にコヒーレントな画像光をもたらすことがあり得る。この光路長差は、焦点位置±Δｚの変化（図８参照）であり得る。時間的コヒーレンスを調節することはスペックルの視認性に影響を与えることがあり得るが、光路長におけるこれらの変化は、表示面に対する焦点深度に比べて小さくすることができ、画像の解像度に重大な損失をもたらさないかもしれない。

追加実装の例
スペックルアーチファクトの視認性を低減させることに関してスペックル低減装置が議論されてきたが、いくつかの態様によるスペックル低減装置を使用して他の投影画像アーチファクトの視認性を変更することができる。一例として、残留画像ディザは、ＤＭＤマイクロミラー間のギャップのような表示画素間のギャップを結像することから、スクリーンドア効果のような変調器アーチファクトの視認性をマスクすることができる。別の例として、閃光は、観察者の位置と共に変化する光の輝点のランダムパターンの知覚であり、低減し得る。投影システムにとって特に懸念されることであり得る。屈折スペックル低減アセンブリの限定された画像ディザによって提供される空間及び角度のダイバーシティの増加は、画像画素の部分を画面上で局所的に移動させることがあり得、画像ディザが閃光を引き起こすスクリーン部分構造に対して大きいと、時間的な平均は閃光の視認性を低下させることができる。

別の例では、スペックル低減装置は、モアレの視認性を低下させるために使用することもできる。モアレは、例えば、２つの同様のパターンが平坦な表面又は湾曲した表面に重ね合わされ、互いから少量で移動又は回転される場合に作成される、二次的かつ視覚的なパターンである。映画投影の場合、スクリーンは、オーディオ音がスクリーンを伝播することができるように穿孔パターンを有することができる。穿孔は、聴衆には小さすぎて知覚できないこともあり得る。しかし、デジタルプロジェクタを使用した場合、空間光変調器（複数可）の拡大画像は、画素の規則的なアレイを有し、光学投影によってスクリーンの穿孔パターンに重畳され、モアレパターンを生成することもあり、それは、スクリーン上の光強度の目に見える濃淡であり得る。モアレは、変調器アーチファクト（スクリーンドア構造）とスクリーン穿孔パターンとの相互作用でもあり得、ハイブリッド変調器スクリーン画像アーチファクトを作成する。投影モアレの視認性は、画像画素のピッチ及び配置に関し、スクリーン穿孔のピッチ及び配置に依存し得る。視覚的に好ましくないレベルのモアレが、容易に起こり得る。注目すべきことに、互いに対する２つのパターンの小さな変位は、モアレの視認性を劇的に減少させることがあり得る。いくつかのスペックル除去装置によって提供された残留画像ディザは、穿孔に対する瞬時画像画素位置も調節し、画像品質を改善するためにモアレ視認性の時間平均の低減を提供することができる。

このようなノイズや埃などの屈折スペックル低減アセンブリの機構についての他の機械的懸念は、プロジェクタや観客にほとんど影響することなく管理することができる。例えば、傾斜光学プレートのくさび厚さは、バルク光学プレートの機械的なゆらぎ以外の機構によって射出画像光にわたって変調することができる。外面の薄膜光学流体の厚さ及び位置がくさび角を調節するために遠心力又はピエゾアクチュエータによって操作され場合にも、同等の機構を使用することができる。

いくつかの実施例に従う傾斜光学プレートは、スペックル低減装置の重量の低減を助けることができる光学品質のプラスチックを含む、ガラス以外の代替の光学材料を用いて作製することができる。傾斜光学プレートも、プラスチック又は複屈折性の結晶材料（例えば、ＣＡＦ２又はサファイア）を用いて作製することができる。プレートの回転は光ダイバーシティに貢献することができ、スペックルの視認性をさらに低減させる。また、スペックル除去デバイスは、スクリーンを揺らすことやレーザ光源変調などの他のスペックル除去方法と組み合わせて使用することもできる。

さらに、いくつかの実施例によるスペックル除去装置は、代わりに、画像光ビームの所望の時間的に変調された偏向を提供するために他の技術を使用することができる。例えば、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムなどの電気光学材料、液晶材料、又は電気光学ポリマーで構成された同等の装置は、所望の偏向を提供することができる。このような装置は像空間に配置することができるので、装置はアドレス可能な制御を有することができ、ビーム偏向は回転する傾斜光学プレートによって提供された円形パターンに限られず、より複雑なパターンを使用してもよい。代替例として、スペックル除去装置は、２つの逆回転平面鏡を有する鏡ベースの偏向要素を含むことができる。第１の鏡は投影光学系から光を受け取り、その光を第２の鏡に向け直すことができ、第２の鏡はスクリーンに向かって光を向け直すことができる。プロジェクタ及び両方のミラーは互いに傾斜することができるので、画像光は、回転に伴って増大した角度のダイバーシティで所定のスクリーン位置に向けられる。

いくつかの例では、スペックル除去装置は、（フロント投影又はリア投影であれ）投影用以外の結像システム用途に使用されることができ、スペックルは、画像ディザが制御及び低減されながら低減される必要がある。例えば、スペックル除去装置は、画像キャプチャシステム、表面検査システム、又は印刷、フォトリソグラフィ、又は他の露光システムにおいて、部分的にコヒーレントで動作し、スペックル視認性を低減するために使用することができる。印刷用途において、物体は空間光変調器である必要はなく、その代わりに、レチクル、解像度ターゲット、又はフォトマスクのような画像又はパターン保持構成要素であってもよい。スペックル除去装置は、結像光学系から発生する画像光を可変に偏向させることができる。その結果、可変に偏向された画像光は、ターゲット面に焦点を合わせることができ、そこでは、媒体、基板、材料（例えば、フォトレジスト）、センサ、又は他の受信機は、画像光で露光又は照射され、スペックル除去デバイスによって提供されたスペックル低減及び画像ディザの低減を享受する。同様に、スペックル除去装置は、照明光がターゲット面に入射したときにスペックル視認性を低下させるために、放出される部分的にコヒーレントな照明光を修正することによって、照明システムを改善するために使用することができる。スペックル構造又は可視性を低減することによって、表面における照明の均一性を改善することができる。検査システムにおいては、改善された均一性は、表面に関連する強度差を見ることができる検査カメラをもたらすことがあり得るが、これは、部分的なコヒーレント光（例えば、スペックル）の干渉に起因するのではない。同様に、スペックル除去装置は、可視光用途（例えば、画像表示）に関して論じられてきたが、紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）光学系での使用にも適用可能である。

本開示の様々な態様及び特徴は、本明細書に記載の実施例の組み合わせに含まれている。特定の例などへの言及は、少なくとも一つの例に存在する特徴を指している。「実施例」又は「特定の実施例」等は、必ずしも同じ実施例を参照しないためが、そのような例は、そのように示されているか、当業者に容易に明らかでない限り相互に排他的ではない。「方法」などを参照する際に単数又は複数を使用することは、限定することを意図するものではない。さらに、図示された実施例を含む実施例の前述の説明は、例示及び説明の目的でのみ提示されたものであり、網羅的であること、又は開示された正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。本発明の多くの修正、適応、及び使用は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかであろう。上述の例示的な例は、本明細書で論じた一般的な主題に紹介するために与えられ、開示された概念の範囲を限定することを意図するものではない。

Claims (33)

1. スペックルアーチファクトを低減するためのシステムであって、
   少なくとも部分的にコヒーレントな光を放出するように構成された光源と、
   前記光を収束光ビームとしてターゲット面の位置に向けて出射するように構成されたレンズと、
   光軸を有し、前記レンズと前記ターゲット面との間に設置可能である偏向器サブシステムであって、前記収束光ビームを前記ターゲット面の前記位置に向けて複数の角度方向を通って時間的に角度について偏向させるために、前記光軸の周りに回転可能である光学素子を有する偏向器サブシステムと
   を含むシステム。
2. 前記光学素子は、内面と、前記内面に対してくさび角で非平行な外面とを含む光学プレートであって、前記内面又は前記外面は前記光軸に垂直な直線に対して傾斜角を有する請求項１に記載のシステム。
3. 前記光学プレートは、前記偏向器サブシステムの回転において揺れるように構成された請求項２に記載のシステム。
4. 前記光学プレートは、
   前記光学プレートの屈折率と、
   前記光学プレートの厚さと、
   前記傾斜角と、
   前記くさび角と
   に基づいた量によって前記収束光ビームを角度について偏向するように構成された請求項２に記載のシステム。
5. 前記プレートの厚さ及び前記傾斜角は、非点収差及びコマ収差を波長の１／２０以内に制限するように構成された請求項４に記載のシステム。
6. 前記光学プレートは、前記くさび角を変更するために互いに回転可能な第１の光学プレート及び第２の光学プレートを含む請求項２に記載のシステム。
7. 前記光学プレートは、毎分２００回転から毎分３６００回転の範囲の速度で回転可能である請求項２に記載のシステム。
8. 前記光学プレートは、メニスカス型のレンズである請求項２に記載のシステム。
9. 前記内面又は前記外面の少なくとも一方は、湾曲している請求項２に記載のシステム。
10. 前記内面又は前記外面の曲率半径は、５メートルから５０メートルの範囲内にある請求項９に記載のシステム。
11. 前記光源と前記光学素子との間に設置可能な空間光変調器であって、少なくとも部分的にコヒーレントな前記光を変調することによって少なくとも画像画素を有する画像光を生成するように構成された前記空間光変調器をさらに含む請求項２に記載のシステム。
12. 前記ターゲット面はスクリーンであり、
    前記レンズは投影レンズであり、
    前記システムは劇場のためのプロジェクタシステムであり、
    前記偏向器サブシステムは、前記スクリーンの所定領域への少なくとも一つの画像画素の最大空間変位を投影された画素幅の半分以下に制限するように構成された請求項１１に記載のシステム。
13. 前記内面又は前記外面の少なくとも一つは、前記劇場の前記プロジェクタシステムと前記スクリーンとの間の距離に基づく量だけ湾曲した請求項１２に記載のシステム。
14. 前記偏向器サブシステムは、
    前記偏向器サブシステムの前記光軸に対する傾斜角で前記光学素子を保持するハウジングと、
    前記光学素子を回転速度で回転させるように構成されたアクチュエータと
    をさらに含み、
    前記光学素子は屈折率及び光学厚さを有する光学プレートである請求項１に記載のシステム。
15. 前記光学素子は、前記収束光ビームが前記偏向器サブシステムと前記ターゲット面との間で収束するように、前記収束光ビームを前記ターゲット面の前記位置に向けて前記複数の角度方向を通って偏向するために、前記光軸の周りに回転可能である請求項１に記載のシステム。
16. スペックルアーチファクトを低減するための装置であって、
    光を透過させる内面及び外面を有し、前記内面及び前記外面はくさび角だけ互いに非平行である少なくとも１枚の光学プレートと、
    前記少なくとも１枚の光学プレートを前記装置の光軸に対して傾斜角で保持するハウジングと、
    前記内面に入射し、前記外面から放出され、表示面の所与の位置に向けられた光ビームを角度について及び時間的に偏向させるために、前記少なくとも１枚の光学プレートを前記光軸に平行な軸の周りに回転速度で回転させるように構成されたアクチュエータと
    を含む装置。
17. 前記アクチュエータは、前記表示面に入射する前記光の角度ダイバーシティが増加するように、前記外面から放出された前記光ビームに対する開口数を増加させるために、前記少なくとも一つの光学プレートを回転させるように構成されたモータである請求項１６に記載の装置。
18. 前記複数の光ビームを前記表示面の関連した位置に向けるように構成され、前記くさび角は前記関連した位置からの複数の前記光ビームの平均偏差を低減する量である請求項１６に記載の装置。
19. 前記装置は、レンズと前記表示面との間に設置可能である請求項１６に記載の装置。
20. 前記少なくとも１枚の光学プレートは屈折率及び光学厚さを有し、前記少なくとも１枚の光学プレートは、前記屈折率、前記光学厚さ、くさび角、及び傾斜角に基づいて前記所与の位置に向けて前記光ビームを偏向するように構成された請求項１６に記載の装置。
21. 前記少なくとも１枚の光学プレートは、シングルくさびプレート、デュアルくさびプレート、シングル湾曲ウェッジプレート、及びメニスカスプレートを含む光学プレートの一式からの第２の光学プレートと交換可能である請求項１６に記載の装置。
22. レンズによって、少なくとも部分的なコヒーレント光を収束光ビームとしてターゲット面の位置に向け、
    光軸を有する偏向器サブシステムにあって、前記光軸の周りに回転する光学素子によって、複数の角度方向について前記ターゲット面の前記位置に向けて収束を保ち、スペックルアーチファクトを低減するように、前記収束光ビームを複数の角度方向を通って時間的に回転して偏向させること
    を含む方法。
23. 前記光学素子は、前記光軸に垂直な直線に対して傾斜角だけ傾斜した内面又は外面を有する請求項２２に記載の方法。
24. 前記収束光ビームを偏向させることは、前記収束光ビームを、前記光学素子の内面及び前記内面に非平行な前記光学素子の外面に基づく量だけ偏向させることを含む請求項２２に記載の方法。
25. 前記量は、光学プレートである前記光学素子の前記内面と前記外面との間のくさび角にさらに基づく請求項２４に記載の方法。
26. 前記光学素子は、前記光軸の周りに回転すると揺れる請求項２２に記載の方法。
27. 前記収束光ビームを偏向させることは、
    前記光学素子の屈折率と、
    前記光学素子の厚さと、
    前記光学素子と前記光軸との間の傾斜角と、
    前記光学素子の内面又は外面の表面形状と
    に基づく量によって前記収束光ビームを偏向することを含む請求項２２に記載の方法。
28. 前記ターゲット面は、前記ターゲット面の所与の位置における前記収束光ビームの最小ディザのターゲット面プロファイルであり、前記方法は、
    表示の表面プロファイルに適合するように前記最小ディザのターゲット面プロファイルを位置決めし、前記表示における最大ディザは投影された画像画素幅であることをさらに含む請求項２２に記載の方法。
29. 前記量は、前記光学素子の前記内面及び前記外面の前記表面形状に基づき、前記内面は平坦であり、前記外面は前記内面に非平行である請求項２７に記載の方法。
30. 画像画素を生成するために、空間光変調器によって、前記ターゲット面の位置に向かうコヒーレント光を少なくとも部分的に変調することをさらに含む請求項２２に記載の方法。
31. 前記収束光ビームを偏向させることは、前記ターゲット面の位置において前記画像画素を、
    前記光学素子の内面に対する前記光学素子の外面のくさび角と、
    前記光学素子の回転軸に対する前記光学素子の傾斜角と、
    前記外面又は前記内面の曲率と、
    前記光軸の周りに回転する前記光学素子の揺動の量と
    に基づく最大限度を有する空間変位で偏向させることを含む請求項３０に記載の方法。
32. 前記画像画素についての前記空間変位の前記最大限度は、投影された画素幅の半分以下である請求項３１に記載の方法。
33. 劇場において画像投影システムを有する偏向器サブシステムを動作させることをさらに含む請求項２２に記載の方法。
    

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