特許 7387753 二重変調レーザ投影システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-17

(45)【発行日】2023-11-28

(54)【発明の名称】二重変調レーザ投影システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/08 20060101AFI20231120BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20231120BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20231120BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20231120BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20231120BHJP

【ＦＩ】

G02B26/08 E

G03B21/00 D

G03B21/14 D

H04N5/74 B

G02F1/13 505

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021551580

(86)(22)【出願日】2020-03-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-02

(86)【国際出願番号】 US2020022867

(87)【国際公開番号】W WO2020190823

(87)【国際公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-10-25

(31)【優先権主張番号】19163175.3

(32)【優先日】2019-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】62/818,934

(32)【優先日】2019-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507236292

【氏名又は名称】ドルビー ラボラトリーズ ライセンシング コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ペルティエラ ジュアン ピー．

(72)【発明者】

【氏名】リチャーズ マーティン ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】ハイダロフ ジャカンギル ヴィー．

【審査官】磯崎 忠昭

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５３２１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５２０５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４７１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８３４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０００４２１９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｇ０３Ｂ ２１／００

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

Ｈ０４Ｎ ５／７４

Ｇ０２Ｆ １／１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二重変調レーザ投影システムであって、
相互に直交する偏光を有する第１及び第２の偏光ビームにレーザ光を分割する偏光ビームスプリッタと、
前記第２の偏光ビームをビームステアリングする位相空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記位相ＳＬＭによってステアリングされるビームとして、（ｉ）前記第１の偏光ビームと（ｉｉ）前記第２の偏光ビームとの組み合わせを振幅変調するメカニカル振幅ＳＬＭと、
前記第１及び第２の偏光ビームの振幅変調された組み合わせから、前記メカニカル振幅ＳＬＭによって導入される複数の回折次数の１つ以上を削除し、フィルタリングされた変調出力光を生成するフィルタであって、前記複数の回折次数の１つ以上は、同一の回折次数と伝搬方向との対応するＯＮ回折ビーム及びＯＦＦ回折ビームのペアの光パワーの比として規定される回折次数コントラスト比（ＤＯＣＲ）に基づいて特定される、フィルタと、
を有する二重変調レーザ投影システム。

【請求項2】

前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせを形成し、前記メカニカル振幅ＳＬＭに向ける偏光ビーム合成器を更に含む、請求項１に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項3】

前記偏光ビーム合成器によって前記メカニカル振幅ＳＬＭに向けられる前記第１の偏光ビームの部分を調整するため、前記第１の偏光ビームの偏光を変更するために前記偏光ビームスプリッタと前記偏光ビーム合成器との間の波長板を更に含む、請求項２に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項4】

前記メカニカル振幅ＳＬＭは、前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせを形成するため、２つの異なる各々の方向から前記第１及び第２の偏光ビームを受光するよう構成される、請求項１に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項5】

前記第１及び第２の偏光ビームが前記メカニカル振幅ＳＬＭによって受光される際に同じ偏光を有するように、前記メカニカル振幅ＳＬＭ上での合成前に前記第１及び第２の偏光ビームの１つの偏光を回転する半波長板を更に含む、請求項４に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項6】

前記フィルタがコリメート光として前記出力光を生成するよう構成されるか、又は、前記二重変調レーザ投影システムが更にコリメートレンズを含む、請求項１から５の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項7】

コントローラへの外部入力によって指定される所望される出力光を生成するため、前記位相ＳＬＭ、前記メカニカル振幅ＳＬＭ及び前記フィルタの動作を制御するよう構成されるコントローラを更に含む、請求項１から６の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項8】

前記フィルタは、
前記回折次数を空間フーリエ変換するレンズと、
前記レンズのフーリエ面に配置され、前記回折次数の少なくとも１つを透過し、前記回折次数の残りを遮断するマスクと、
を含む、請求項１から７の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項9】

前記メカニカル振幅ＳＬＭは、前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせの各々の空間コンポーネントの振幅を変調するミラーアレイを含む、請求項１から８の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項10】

前記位相ＳＬＭは、前記第２の偏光ビームの前記ビームステアリングを引き起こすため前記第２の偏光ビームの各々の空間コンポーネントの位相を変調するための液晶アレイを含む、請求項１から９の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項11】

非偏光光として前記レーザ光を出力する照明モジュールを更に含む、請求項１から１０の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影システム。

【請求項12】

相互に直交する偏光を有する第１及び第２の偏光ビームにレーザ光を分割するステップと、
前記第２の偏光ビームをビームステアリングするため前記第２の偏光ビームを空間的に不均一に位相変調するステップと、
前記第２の偏光ビームを変調するステップの後、
前記第１及び第２の偏光ビームを合成光に合成するステップと、
前記合成光を空間的に不均一にメカニカルに振幅変調するステップと、
前記振幅変調された合成光から、前記合成光をメカニカルに振幅変調するステップにおいて導入される複数の回折次数の１つ以上を削除し、フィルタリングされた変調出力光を生成するステップであって、前記複数の回折次数の１つ以上は、同一の回折次数と伝搬方向との対応するＯＮ回折ビーム及びＯＦＦ回折ビームのペアの光パワーの比として規定される回折次数コントラスト比（ＤＯＣＲ）に基づいて特定される、生成するステップと、
を有する、二重変調レーザ投影方法。

【請求項13】

前記メカニカルに振幅変調するステップは、ミラーアレイの複数のミラーの向きを調整することを含む、請求項１２に記載の二重変調レーザ投影方法。

【請求項14】

前記分割するステップにおいて、前記相互に直交する偏光の各々はリニアである、請求項１２又は１３記載の二重変調レーザ投影方法。

【請求項15】

前記合成するステップの前に、前記第１の偏光ビームの偏光を回転し、前記第１の偏光ビームの第１のリニア偏光コンポーネントのパワーを調整するステップを更に含み、
前記合成するステップは、前記第２の偏光ビームを前記第１の偏光ビームの前記第１のリニア偏光コンポーネントのみと合成することを含む、請求項１４に記載の二重変調レーザ投影方法。

【請求項16】

前記第１及び第２の偏光ビームが前記メカニカルに振幅変調のステップの間に同じ偏光を有するように、前記第１及び第２の偏光ビームの１つの偏光を回転するステップを更に含む、請求項１４に記載の二重変調レーザ投影方法。

【請求項17】

コリメート光として前記出力光を生成するステップを更に含む、請求項１２から１６の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影方法。

【請求項18】

前記削除するステップは、
前記回折次数の角度をフーリエ面における前記回折次数の位置に空間フーリエ変換するステップと、
前記フーリエ面において、前記回折次数の第１のサブセットに対応する前記フーリエ面における位置を有する前記合成光の部分のみを透過し、前記合成光の残りの部分を遮断するステップと、
を含む、請求項１２から１７の何れか一項に記載の二重変調レーザ投影方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本特許出願は、それぞれが参照によりその全体が援用される、２０１９年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／８１８，９３４号及び２０１９年３月１５日に出願された欧州特許出願第１９１６３１７５．３号からの優先権の利益を主張する。
［技術分野］
本出願は、レーザプロジェクタ及びデジタルシネマに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、大部分の映画はデジタル形式で配信されており、映画館はデジタルプロジェクタを使用してデジタル画像を映画スクリーン上に投影する。デジタルプロジェクタは、テレビディスプレイの優れた代替物として、ホームシアタにおいて一部の消費者によっても使用されている。デジタルプロジェクタは、明るい光源（又は複数の明るい光源）、デジタル空間光変調器（ＳＬＭ）及び投影レンズを利用する。ＳＬＭは、変調された光が、投影レンズによってスクリーン上に投影されるとき、所望の画像を形成するように、光源によって発光される光を空間変調する。ＳＬＭは、液晶アレイ又はマイクロミラーアレイであってもよい。

【0003】

最も簡単なデジタルプロジェクタでは、ＳＬＭの各ピクセルは、当該ピクセルからプロジェクタに向かって伝搬する光の振幅を調整する。このようなデジタルプロジェクタでは、光源によって発生される光の大部分がＳＬＭにおいて失われる。一部のデジタルプロジェクタは、この光の損失にもかかわらず、強力な光源を使用して明るい画像を生成する。レーザは、少なくとも部分的には、レーザ光が光源から収集され、例えば、白熱光源又は発光ダイオードからの光などより効率的にデジタルプロジェクタの光学系を通して伝搬可能であり、従って、より高い輝度を生成するため、特に魅力的な解決策と考えられる。

【発明の概要】

【0004】

実施例では、二重変調レーザ投影システムは、偏光ビームスプリッタ、位相空間光変調器（ＳＬＭ）、メカニカル振幅ＳＬＭ及びフィルタを含む。偏光ビームスプリッタは、相互に直交する偏光を有する第１及び第２の偏光ビームにレーザ光を分割するよう構成される。位相ＳＬＭは、前記第２の偏光ビームをビームステアリングするよう構成される。メカニカル振幅ＳＬＭは、前記位相ＳＬＭによってステアリングされるビームとして、（ｉ）前記第１の偏光ビームと（ｉｉ）前記第２の偏光ビームとの組み合わせを振幅変調するよう構成される。フィルタは、前記第１及び第２の偏光ビームの振幅変調された組み合わせから、前記メカニカル振幅ＳＬＭによって導入される複数の回折次数の１つ以上を削除し、フィルタリングされた変調出力光を生成する。

【0005】

実施例では、二重変調レーザ投影方法は、（ａ）相互に直交する偏光を有する第１及び第２の偏光ビームにレーザ光を分割するステップと、（ｂ）前記第２の偏光ビームをビームステアリングするため前記第２の偏光ビームを空間的に不均一に位相変調するステップと、（ｃ）前記第２の偏光ビームを変調するステップの後、前記第１及び第２の偏光ビームを合成光に合成するステップと、前記合成光を空間的に不均一にメカニカルに振幅変調するステップと、前記合成光から、前記合成光をメカニカルに振幅変調するステップにおいて導入される複数の回折次数の１つ以上を削除し、フィルタリングされた変調出力光を生成するステップと、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施例によるスクリーン上に画像を形成するためスクリーン上に投影されうる光フィールドを生成するためのレーザ光を変調する二重変調システムを示す。

【図2】実施例による２つの反射型空間光変調器（ＳＬＭ）と、これら２つの反射型ＳＬＭの第１のものによる２つの偏光経路の１つのビームステアリング後であって、２つの反射型ＳＬＭの第２のものによる合成光の空間振幅変調前の２つの偏光経路を合成する偏光ビーム合成器とを備える二重変調システムを示す。

【図3】実施例による２つの異なる偏光経路が反射型ＳＬＭの第１のものによる偏光経路の１つのビームステアリング後に反射型ＳＬＭの第２のものにおいて直接合成される２つの反射型ＳＬＭを備える他の二重変調システムを示す。

【図4】実施例によるデジタルマイクロミラー（ＤＭＤ）のそれぞれの正面図及び断面側面図である。

【図5】実施例によるデジタルマイクロミラー（ＤＭＤ）のそれぞれの正面図及び断面側面図である。

【図6】実施例によるメカニカル振幅ＳＬＭから受信した変調光を空間フィルタリングするよう構成されるフーリエフィルタを断面側面図で示す。

【図7】ＤＭＤによる一例となる回折挙動を示す。

【図8】ＤＭＤによる一例となる回折挙動を示す。

【図9】一例となるフラウンホーファ回折パターンの強度プロットである。

【図10】一例となるフラウンホーファ回折パターンの強度プロットである。

【図11】図６のフーリエフィルタのマスクの具体例の正面図である。

【図12】図６のフーリエフィルタのマスクの具体例の正面図である。

【図13】図６のフーリエフィルタのマスクの具体例の正面図である。

【図14】図６のフーリエフィルタのマスクの具体例の正面図である。

【図15】図６のフーリエフィルタのマスクの具体例の正面図である。

【図16】図６のフーリエフィルタのマスクの具体例の正面図である。

【図17】実施例による異なるカラーの組み合わせ前の個別の各カラーチャネルにおける二重変調と回折次数フィルタリングとを有する多色レーザプロジェクタを示す。

【図18】実施例による二重変調レーザ投影方法を示す。

【図19】実施例による多色二重変調レーザ投影方法を示す。

【図20】実施例による入力レーザ光の双方の偏光コンポーネントの結果としてプレビームステアリングと分離位相変調とを備える二重変調システムを示す。

【図21】実施例による他の二重変調システムを示す。

【図22】実施例による単一の変調経路のみを有する二重変調システムを示す。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１は、スクリーン１５２上に画像を形成するためスクリーン１５２上に投影されうる光フィールド１９２を生成するため、レーザ光１８０を変調するための１つの二重変調システム１０２を示す。図１は、一例の利用シナリオにおける二重変調システム１０２を示す。このシナリオでは、二重変調システム１０２は、二重変調システム１０２に加えて、スクリーン照明１９４としてスクリーン１５２に光フィールド１９２を投影するためのプロジェクション光学系１５０を含む二重変調デジタルレーザプロジェクタ１００に実装される。スクリーン照明１９４は、スクリーン１５２上に画像を生成する。レーザプロジェクタ１００は、レーザ光１８０を生成するためのレーザベース照明モジュール１６０を更に含んでもよい。

【0008】

レーザ光１８０は、実質的に単色であってもよい。多色レーザプロジェクタは、それぞれが異なるカラー（例えば、赤、緑、及び青）を有する複数の各自の単色光フィールド１９２を生成するための複数のレーザプロジェクタ１００を含んでもよい。この多色レーザプロジェクタでは、複数のレーザプロジェクタ１００は、共通のプロジェクション光学系１５０を共有してもよい。

【0009】

二重変調システム１０２は、従来の単一段階変調システムと比較して、レーザプロジェクタ１００におけるプロジェクション光学系１５０によってスクリーン１５２上に投影される画像の改良されたコントラスト及び輝度を可能にする。単一段階変調システムを利用する高性能レーザプロジェクタによってさえ達成可能な最大コントラスト比は、一般に約２０００：１より大きくなく、これは、人間の視覚系によって検出可能な輝度の範囲よりも数オーダ小さい。従って、このようなレーザプロジェクタは、人間の視聴者によって知覚されるような真に黒である領域と高輝度の領域との双方を含む画像を生成することができない。二重変調システム１０２を使用するレーザプロジェクタ１００は、２００，０００：１以上のコントラスト比を生成しうる。

【0010】

二重変調システム１０２は、２段階の変調を有する。しかしながら、二重変調システム１０２は、レーザ光１８０の１つの偏光コンポーネントのみを変調の第１及び第２の段階の双方に施す一方、直交偏光コンポーネントは、変調の第１の段階をバイパスする。変調の第２の段階は、双方の偏光コンポーネントに共通する。二重変調システム１０２は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１０、デジタル位相空間光変調器（ＳＬＭ）１２０、デジタルメカニカル振幅ＳＬＭ１３０及びフィルタ１４０を含む。ＰＢＳ１１０は、レーザ光１８０を相互に直交する偏光を有する２つの偏光ビーム１８２及び１８４に分割する。位相ＳＬＭ１２０は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０が偏光ビーム１８２と１８６との組み合わせの振幅を変調して、合成変調光１９０を生成する前に、偏光ビーム１８４の位相を変調し、生成された偏光ビーム１８６をビームステアリングする。メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、合成変調光１９０が複数の回折次数を含むように、偏光ビーム１８２及び１８６の回折を引き起こす。フィルタ１４０は、合成変調光１９０からこれらの回折次数の１つ以上を除去し、光フィールド１９２を形成するフィルタリングされた変調出力光を生成する。

【0011】

二重変調システム１０２は、位相ＳＬＭ１２０及びメカニカル振幅ＳＬＭ１３０の動作を制御して、所望の光フィールド１９２を生成するコントローラ１７０を含んでもよい。フィルタ１４０が調節可能である二重変調システム１０２の実施例では、コントローラ１７０は、フィルタ１４０の動作を更に制御してもよい。コントローラ１７０は、非一時的メモリに符号化された機械可読命令とプロセッサとを含んでもよい。プロセッサによって機械可読命令が実行されると、コントローラ１７０は、位相ＳＬＭ１２０及びメカニカル振幅ＳＬＭ１３０（及び任意選択的には、フィルタ１４０）を制御して、コントローラ１７０への外部入力によって指定される所望の光フィールド１９２を生成する。

【0012】

メカニカル振幅ＳＬＭ１３０の各画素は、画素に入射する光の振幅を変調するようメカニカルに作動される。二重変調システム１０２において実現されるように、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０の各画素は、偏光ビーム１８２及び１８６の組み合わせの対応する空間部分を変調して、それらの所望の割合を合成変調光１９０に転送する。この割合が１未満であるとき、残りの割合は失われる（例えば、ビームダンプに向けられる）。従って、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０によって実行される振幅変調は、二重変調システム１０２において光の損失をもたらす。対照的に、位相ＳＬＭ１２０の画素によって実行される位相変調は、偏光ビーム１８４内の光の空間分布と比較して、偏光ビーム１８６内で光を空間的に再配分（すなわち、ビームステアリング）する。このプロセスは、本質的に光の損失をもたらさないが、位相ＳＬＭ１２０における非理想性（画素間のギャップなど）は、小さな光損失をもたらしうる。

【0013】

動作中、二重変調システム１０２は、位相ＳＬＭ１２０のビームステアリング能力を利用して、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０に入射する偏光ビーム１８６の空間分布を最適化してもよい。例えば、位相ＳＬＭ１２０は、任意の所与の時間において、（ａ）入射光の小さな部分のみ（又は何れの部分もない）を合成変調光１９０に転送するよう構成されたメカニカル振幅ＳＬＭ１３０の画素上でより少ない光をステアリングし、（ｂ）入射光の大きな部分（又は全部）を合成変調光１９０に転送するよう構成されたメカニカル振幅ＳＬＭ１３０の画素上でより多くの光をステアリングしてもよい。従って、位相ＳＬＭ１２０は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０による振幅変調によって生じる光損失を低減するよう動作されてもよい。この光損失の低減により、二重変調システム１０２は、レーザ光１８０の所与のパワーに対して、レーザプロジェクタ１００のプロジェクション光学系によってスクリーン１５２上に投影されるより高い輝度の画像を可能にする。さらに、位相ＳＬＭ１２０は、より少ない光が所望されるメカニカル振幅ＳＬＭ１３０の画素から離れて光をステアリングするのを助けるため、二重変調システム１０２は、暗くなることが意図されるレーザプロジェクタ１００のプロジェクション光学系１５０によってスクリーン１５２上に投影される画像の領域における改良された光の消光を可能にする。従って、二重変調システム１０２はまた、レーザプロジェクタ１００のプロジェクション光学系１５０によってスクリーン１５２上に投影される画像の改良されたコントラストを可能にする。

【0014】

偏光ビーム１８６の光フィールド１９２への寄与は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０上の偏光ビーム１８６の振幅分布だけでなく、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０上に入射する偏光ビーム１８６の伝搬方向分布の機能であることが理解される。

【0015】

位相ＳＬＭ１２０は、偏光に敏感である。それに入射する光に対する位相ＳＬＭ１２０の画素によって課される位相シフトは、光の偏光に依存する。従って、位相ＳＬＭ１２０による位相変調を非偏光又は部分偏光された光に対して最適化することは困難である。二重変調システム１０２は、１つの偏光コンポーネント（偏光ビーム１８４）のみを位相ＳＬＭ１２０に指向し、それによって位相ＳＬＭ１２０によって提供されるビームステアリング制御を最大化することによって、この問題を解決する。

【0016】

ここで、“非偏光”の光とは、２つの直交偏光コンポーネントに分解される際、２つの直交偏光コンポーネントの向きにかかわらず、各偏光コンポーネントの約５０％を含む光を指し、“偏光”された光とは、全て同じ偏光である光を指し、“部分偏光”された光とは、非偏光と偏光との組み合わせを含む光を指す。

【0017】

レーザ光１８０が非偏光であるとき、レーザ光１８０の半分のみが二重段階変調を受ける。にもかかわらず、位相ＳＬＭ１２０によって提供される制御の度合いは、そこに入射する光が偏光されることによって、二重変調システム１０２が、そのような非偏光のレーザ光１８０の全てが位相ＳＬＭ１２０に向けられた場合より高いコントラスト比を生成することを可能にしうる。実施例において、レーザベース照明モジュール１６０は、レーザ光１８０を生成するためのファイバレーザを含む。本実施例では、レーザ光１８０は、非偏光又は部分非偏光であってもよい。

【0018】

位相ＳＬＭ１２０は、液晶ＳＬＭであってもよい。このような一実施例において、位相ＳＬＭ１２０は、反射型ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ－Ｃｒｙｓｔａｌ－Ｏｎ－Ｓｉｌｉｃｏｎ）変調器を含む。このような他の実施例では、位相ＳＬＭ１２０は、液晶ディスプレイに見られるものと同様の透過型液晶パネルを含む。これら２つの実施例のそれぞれにおいて、液晶ＳＬＭの各画素は、調節可能な屈折率を有し、液晶ＳＬＭは、画素によって出力される光の位相を空間変調するように、液晶ＳＬＭの画素の屈折率を空間変調することによって偏光ビーム１８６をステアリングする。

【0019】

メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、ミラーアレイを含んでもよい。このような一実施例において、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、例えば、ＭＯＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ＳＬＭなどのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。

【0020】

メカニカル振幅ＳＬＭ１３０による回折は、フィルタ１４０がない場合、レーザプロジェクタ１００のプロジェクタコントラスト比（ＰＣＲ）を低減しうる。プロジェクタのＰＣＲは、ここでは、プロジェクタによって照射される投影スクリーン（スクリーン１５２など）において測定されるＯＦＦに対するＯＮの光度（又は等価的には、第１及び第２の光度測定輝度）の比として定義される。ＯＮ及びＯＦＦの光度は、プロジェクタがそれの最も明るい出力（例えば、白）とそれの最も暗い出力（例えば、黒）とをそれぞれ出力するよう制御される際に生成される。レーザプロジェクタ１００のＯＮ及びＯＦＦ光度は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０の全ての画素がそれぞれＯＮ位置及びＯＦＦ位置に設定されるとき、スクリーン１５２に向けられる光度として定義される。二重変調システム１０２のＰＣＲは、二重変調システム１０２によって出力されるＯＮとＯＦＦの光度の比として同様に定義され、二重変調システム１０２がレーザプロジェクタ１００に実装される際、プロジェクション光学系１５０に向けられる。回折次数の一部のみをプロジェクション光学系１５０に転送することによって、フィルタ１４０は、フィルタ１４０を含まない類似のシステムと比較して、二重変調システム１０２及びレーザプロジェクタ１００のＰＣＲを改良するよう構成されてもよい。

【0021】

一実施例では、フィルタ１４０は、コリメート光として光フィールド１９２を出力するよう構成される。別の実施例では、光フィールド１９２は、フィルタ１４０の出力において、コリメートされず、例えば、発散する。本実施例では、二重変調システム１０２は更に、コリメートレンズ（図１には示されていない）を更に含んでもよい。あるいは、二重変調システム１０２は、非コリメート光として光フィールド１９２を出力してもよい。レーザ光１８０は、二重変調システム１０２への入力において実質的に平行にされてもよい。レーザ光１８０は、二重変調システム１０２への入力において０．２未満の開口数によって特徴付けされてもよい。

【0022】

図２は、２つの反射型ＳＬＭと、２つの偏光経路のうちの１つを反射型ＳＬＭの第１のものによってビームステアリングした後と、２つの反射型ＳＬＭの第２のものによって合成された光の空間振幅変調の前との２つの偏光経路を合成する偏光ビーム合成器とを備えた１つの二重変調システムを示す。二重変調システム２００は、（ａ）ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０として位相ＳＬＭ１２０を実現し、（ｂ）ＤＭＤ２３０としてメカニカル振幅ＳＬＭ１３０を実現し、（ｃ）偏光ビーム合成器２２２を含む、二重変調システム１０２の実施例である。

【0023】

ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０は、偏光ビーム１８４の位相を変調して、得られた偏光ビーム２８６をビームステアリングする。偏光ビーム合成器２２２は、偏光ビーム２８６を偏光ビーム１８２と合成し、合成ビーム２８８を形成する。ＤＭＤ２３０は、偏光ビーム１８２と２８６との組み合わせの振幅を変調して、合成変調光２９０を生成する。ＤＭＤ２３０は、合成変調光２９０が複数の回折次数を含むように、合成ビーム２８８の回折を引き起こす。フィルタ１４０は、合成された変調光２９０からこれら回折次数の１つ以上を除去し、図１を参照して上述したように、光フィールド２９２を形成するフィルタリングされた変調出力光を生成する。

【0024】

ある実施例では、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０によって出力される光は、偏光ビーム２８６に関連する主要な回折次数に加えて、少なくとも１つの回折次数が無視できない量の光を含むように、複数の回折次数にわたって分布される。このような回折は、例えば、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０の画素間の小さなギャップ及び／又はＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０の異なるインタフェースからの反射によって引き起こされる。一実施例では、主要な回折次数は、他の無視できない回折次数がビームダンプによって遮断されうるのに十分な角度だけ、互いに無視できない回折次数から分離される。図２に示される具体例では、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０は、偏光ビーム２８６として偏光ビーム合成器２２２に向けられる主要な回折次数を生成する。偏光ビーム２８６として使用される主要な回折次数は、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０の０番目の回折次数であってもよい。一例では、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０によって出力される光の少なくとも９０％は、支配的な回折次数にある。一実施例では、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０のフィルファクタは、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０によって出力される光の少なくとも９０％が支配的な回折次数にあることを保証するため、約９５％など、少なくとも９０％である。

【0025】

１つのシナリオでは、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０は、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０からのゼロ番目の次数の鏡面反射に対して角度２６２において偏光ビーム２８６をステアリングする。このシナリオでは、二重変調システム２００は、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０のカバーガラス及び／又は他のインタフェースによって反射される偏光ビーム１８４の一部など、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０からの鏡面反射光を遮断するビームダンプ２２８を含んでもよい。角度２６２は、１～５度の範囲内にあってもよい。図２に示されていない別のシナリオでは、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０は、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０の偏光ビーム１８４の鏡面反射方向と同じ方向への偏光ビーム２８６のステアリングを抑制するが、鏡面反射方向から離れた複数の他の方向又は方向範囲への偏光ビーム２８６のステアリングを可能にするよう変調される。このシナリオでは、二重変調システム２００は、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０とＤＭＤ２３０との間に中継光学系を含んでもよく、中継光学系は、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０から鏡面反射された光を遮断する空間フィルタにおいてフーリエ面を有する。

【0026】

ＤＭＤ２３０の各ミラーは、ＯＮ方向とＯＦＦ方向との２つの異なる向きの間で調整可能である。ＤＭＤ２３０は、それのミラーを適切に方向付けすることによって、合成ビーム２８８の振幅を空間変調する。ＤＭＤ２３０の異なる回折次数にわたるパワーの分布は、ＤＭＤ２３０のミラーの向きに依存する。

【0027】

二重変調システム２００の一実現形態において、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０は、各次元の画素間で８ミクロンピッチにより構成された１９２０×１２００正方画素アレイを有し、ＤＭＤ２３０は、各次元のミラー間で７～８ミクロンピッチで構成された４０９６×２１６０正方ミラーアレイを有する。この実現形態の変形例では、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０の画素アレイの解像度は、長い次元において少なくとも３５００画素、７ミクロン未満の画素間のピッチ、及びＤＭＤ２３０のミラーアレイのアスペクト比に類似しているが、必ずしも同一ではないアスペクト比を有するように増加される。ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０及びＤＭＤ２３０のアスペクト比は、互いに２０％以内であってもよい。他の実現形態では、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０は、各次元の画素間で８ミクロンピッチで構成された１９２０×１２００正方画素アレイを有し、ＤＭＤ２３０は、各次元のミラー間に１０～１４ミクロンピッチで構成された２０４８×１０８０正方ミラーアレイを有する。ＬＣＯ ＳＬＭ２２０の画素解像度を超えるＤＭＤ２３０の画素解像度によって特徴付けされる二重変調システム２００の実施例は、光フィールド２９２から形成される画像におけるハローの出現を低減又は防止するのに役立ちうる。そのようなハローは、ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０によるビームステアリングによって導入された空間的特徴がＤＭＤ２３０のミラーよりも小さい場合に現れうる。

【0028】

二重変調システム２００は、ＰＢＳ１１０と偏光ビーム合成器２２２との間の偏光ビーム１８２の経路に調光光学系２１２を含んでもよい。一実施例では、調光光学系２１２は、可変的な中性濃度フィルタである。他の実施例では、調光光学系２１２は、偏光ビーム合成器２２２と連携して、合成ビーム２８８に結合される偏光ビーム１８２の割合を規定する可変的な偏光回転子である。この可変的な偏光回転子は、ファラデー回転子、又は調整可能な向きを備える半波長板であってもよい。ここの範囲から逸脱することなく、調光光学系２１２は、偏光ビーム１８２の経路内ではなく偏光ビーム２８６の経路内にあってもよく、あるいは、１つの調光光学系２１２は、他の調光光学系２１２が偏光ビーム２８６の経路内にありながら、偏光ビーム１８２の経路内にあってもよい。

【0029】

二重変調システム２００は、偏光ビーム１８２及び２８６を偏光ビーム合成器２２２に向けるための１つ以上のミラー及び／又は他のビームステアリング要素を含んでもよい。図２に示される具体例では、二重変調システム２００は、偏光ビーム２８６の経路内に折り畳みミラー２２４及び２２６と共に、合成ビーム２８８の経路内に折り畳みミラー２２５を含む。図２には示されていないが、二重変調システム２００は、偏光ビーム１８２、偏光ビーム２８６及び合成ビーム２８８の何れか１つのサイズを変更するためのレンズ及び／又は他の屈折素子を含んでもよい。ここの範囲から逸脱することなく、ＰＢＳ１１０及び偏光ビーム合成器２２２の一方が偏光ビーム１８２を反射し、ＰＢＳ１１０及び偏光ビーム合成器２２２の他方が偏光ビーム１８２を透過するように、二重変調システム２００は、（ａ）偏光ビーム１８２に関連する経路、及び（ｂ）偏光ビーム１８４及び２８６に関連する経路のそれぞれにおける偏光回転（例えば、半波長板）を備えて構成されてもよい。

【0030】

図３は、２つの異なる偏光経路が反射型ＳＬＭの第１のものへの偏光経路の１つのビームステアリング後に反射型ＳＬＭの第２のものに直接合成される２つの反射型ＳＬＭを備えた他の二重変調システム３００を示す。二重変調システム３００は、（ａ）ＬＣＯＳ ＳＬＭ２２０として位相ＳＬＭ１２０を実装し、（ｂ）ＤＭＤ２３０としてメカニカル振幅ＳＬＭ１３０を実装する二重変調システム１０２の実施例である。二重変調システム３００は、二重変調システム３００が偏光ビーム１８２及び２８６をＤＭＤ２３０上で直接合成することを除いて、二重変調システム２００と同様である。偏光ビーム１８２及び２８６のＤＭＤ２３０への入射角は、１０度未満の角度３６４だけ互いに異なっていてもよい。

【0031】

任意選択的な調光光学系２１２の置換として、二重変調システム３００は、調光ユニット３１０を含んでもよい。偏光ビーム１８２の経路に示されているが、任意選択的な調光ユニット３１０は、偏光ビーム２８６の経路内にあってもよいし、あるいは、二重変調システム３００は、偏光ビーム１８２及び２８６の経路内にそれぞれ配置された２つの調光ユニット３１０を含んでもよい。調光ユニット３１０は、可変的な中性濃度フィルタであってもよい。あるいは、調光ユニット３１０は、ＤＭＤ２３０に送達される偏光ビーム１８２の割合を調整するよう連携する可変的な偏光回転子３１２及び偏光子３１４を含む。可変的な偏光回転子３１２は、例えば、調整可能な向きによる半波長板又はファラデー回転子である。

【0032】

実施例において、二重変調システム３００は、偏光ビーム１８２及び２８６がＤＭＤ２３０に入射したときに同じ偏光を有するように、２つの偏光経路の１つにおいて９０度の偏光を有するように構成される。本実施例は、偏光ビーム１８２及び２８６上のＤＭＤ２３０によって課される回折における偏光誘起差を除去する。例えば、偏光子３１４は、偏光子３１４の後の偏光ビーム１８２の偏光方向が、ＰＢＳ１１０の出力において偏光ビーム１８２の偏光方向と比較して９０度回転されるように構成されてもよい。他の例では、半波長板は、（ａ）偏光ビーム１８２の経路、又は（ｂ）偏光ビーム１８４及び２８６の１つの経路の何れかに挿入される。

【0033】

これの範囲から逸脱することなく、ＤＭＤ２３０は、図２及び図３に示されたものとは別の実施例の二重変調システム１０２に実装されてもよい。

【0034】

図４及び図５は、それぞれＤＭＤ２３０の正面図及び断面側面図である。図４及び図５は、以下の説明において一緒に最もよく見られる。ＤＭＤ２３０は、２次元矩形アレイに配置された複数のマイクロミラー４２０を含む。マイクロミラー４２０は、図４に示されるように、正方形であってもよい。簡単化のため、図４は、ＤＭＤ２３０のコーナー及び中心にある代表的なマイクロミラー４２０のみを示し、全てのマイクロミラー４２０が図５に示されているとは限らない。各マイクロミラー４２０の向きは、例えば、静電作動によって入力光４８０をステアリングするように調整可能である。入力光４８０は、（ａ）図１に示される偏光ビーム１８２及び１８６の組み合わせ、（ｂ）図２に示される合成ビーム２８８、及び（ｃ）図３に示される偏光ビーム１８２及び２８６の組み合わせの何れか１つの具体例である。

【0035】

一実現形態では、各マイクロミラー４２０は、回転軸４３０の周りに傾斜されてもよい。回転軸４３０は、図４に示されるように、ｘ軸に対して－４５度で方向付けされてもよい。ここの範囲から逸脱することなく、回転軸４３０の向き及び位置は、図４に示すものとは異なっていてもよい。ＤＭＤ２３０は、テキサスインスツルメンツからのデジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ）であってもよい。

【0036】

マイクロミラー４２０は、ｘ－ｙ平面に横たわる基板４１０上に取り付けられてもよい（右手座標系４９０を参照されたい）。簡単化のために、マイクロミラー４２０を基板４１０に物理的に結合するメカニカル構造は、図４及び図５には示されない。

【0037】

図５は、入力光４８０をステアリングするため傾斜されたマイクロミラー４２０を示す。マイクロミラー４２０（１）は、ｚ軸に平行なＯＮ反射光５８２に入力光４８０を鏡面反射させるためＯＮ位置で作動される（座標系４９０を参照されたい）。マイクロミラー４２０（２）は、ＯＦＦ反射光５８４を入力光４８０に鏡面反射させるためＯＮ位置で作動される。二重変調システム１０２、２００及び３００のいずれか１つに適用可能である１つの利用シナリオにおいて、コントローラ１７０は、各マイクロミラー４２０に対して、特定のマイクロミラー４２０の向きをＯＮ位置及びＯＦＦ位置の所望の１つに設定することによって、ＤＭＤ２３０に入射する光を振幅変調する。マイクロミラー４２０（３）は、作動されず、平坦状態でｘ－ｙ平面（例えば、基板４１０と平行）に存在する。あるいは、ＤＭＤ２３０は、マイクロミラー４２０が、作動されていないときに、ｘ－ｙ平面に対してある角度をなすように構成されてもよい。例えば、ＯＮ位置及びＯＦＦ位置の選択された１つは、マイクロミラー４２０が作動されないことに対応してもよい。

【0038】

各マイクロミラー４２０の前面５２２は、入射光４８０を反射するための反射面として作用する蒸着金属（例えば、アルミニウム）のレイヤで被覆されてもよい。マイクロミラー４２０の間のギャップ５２４は、吸収性であってもよい。例えば、ギャップ５２４に入る入力光４８０は、基板４１０によって吸収されてもよい。ここの範囲から逸脱することなく、ＤＭＤ２３０は、ＯＮ反射光５８２及びＯＦＦ反射光５８４を、図５に示すものとは異なるそれぞれの方向に向けるように実現されてもよい。

【0039】

マイクロミラー４２０及びその間のギャップ５２４は、入力光４８０を回折する２次元格子を形成するよう連携する。従って、ＤＭＤ２３０から離れて伝搬する変調光は、ＤＭＤ２３０の遠視野領域、又はＤＭＤ２３０の後に搭載されるレンズの焦点面において、フラウンホーファ回折パターン（それぞれ、図９及び図１０の回折パターン９００及び１０００を参照されたい）として観測可能な複数の回折次数を形成してもよい。各回折次数は、ＤＭＤ２３０から離れて固有のそれぞれの方向に伝搬する１つの光ビームに対応する。設計上、ＤＭＤ２３０からの変調光の光パワーの大部分は、鏡面反射されるＯＮ反射光５８２及びＯＦＦ反射光５８４に対応するゼロ番目の回折次数であってもよい。

【0040】

ＤＭＤ２３０による入力光４８０の回折は、ＤＭＤ２３０（例えば、フィルタ１４０なしのレーザプロジェクタ１００）を使用するレーザプロジェクタのＰＣＲを低減しうる。ＤＭＤ２３０がどのように入力光４８０を回折するかは、（１）入力光４８０の波長、（２）入力光４８０の方向、（３）ＤＭＤ２３０のピッチ４６４、（４）ギャップ５２４の幅４６２、及び（５）マイクロミラー４２０のＯＮ及びＯＦＦ傾斜角度など、様々なパラメータによって決定されてもよい。ｘ及びｙの双方のサイズにおいて、ピッチ４６４は、ｙのサイズについて図４に示されるように、幅４６２とマイクロミラーエッジ長４６０との和に等しい。ピッチ４６４は、５～１５ミクロンであってもよい。幅４６２は、１ミクロン未満であってもよい。一例では、ピッチ４６４は７～８ミクロンであり、幅４６２は、０．７～０．９ミクロンである。

【0041】

ここの範囲から逸脱することなく、ＤＭＤ２３０は、不規則なアレイにマイクロミラー４２０を配置してもよく、１つ以上のマイクロミラー４２０は、他のマイクロミラー４２０と異なるサイズ及び／又は形状を有してもよく、及び／又は、幅４６２は、ＤＭＤ２３０のない場所に依存してもよい。メカニカル振幅ＳＬＭ１３０の他の実施例は、ＤＭＤ２３０のものと同様の回折挙動を示してもよい。

【0042】

図６は、レーザプロジェクタ１００の実施例のＰＣＲを増加させるため、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０から受け取った変調光６０２を空間フィルタリングするよう構成された１つのフーリエフィルタ６００を断面側面図において示す。フーリエフィルタ６００は、フィルタ１４０の実施例であり、合成変調光１９０又は２９０をフィルタリングするため二重変調システム１０２、２００及び３００の何れか１つにおいて実現されてもよい。

【0043】

フーリエフィルタ６００は、レンズ６０４及びマスク６１２を含む。レンズ６０４は、変調光６０２をフーリエ面６０８上に集束させることによって、変調光６０２を空間フーリエ変換する。レンズ６０４は、焦点距離６１０を有し、フーリエ面６０８は、レンズ６０４の焦点面と一致する。変調光６０２は、図６において、それぞれが各回折次数に対応し、回折次数がそれに沿って伝搬する特有の方向を指す複数の矢印として示される。レンズ６０４によって課される空間フーリエ変換は、変調光６０２の各回折次数の伝搬角度をフーリエ面６０８上のそれぞれの空間位置に変換する。それによって、レンズ６０４は、所望の回折次数の選択と、所望されない回折次数の拒絶とを可能にする。従って、フーリエ面６０８のマスク６１２は、レンズ６０４によってフーリエ変換された変調光６０２を空間フィルタリングして、変調光６０２の残りの回折次数を遮断しながら、変調光６０２の１つ以上の回折次数を選択する。フーリエ面６０８における変調光６０２の空間フーリエ変換は、変調光６０２のフラウンホーファ回折パターンと等価である。

【0044】

レンズ６０４は、光軸６２２を規定する。一実現形態では、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、図６に示すように、光軸６２２の中心に位置する。他の実現形態では、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、光軸６２２から中心が外れている。

【0045】

マスク６１２は、少なくとも１つの回折次数の変調光６０２をフィルタリングされた光６１４としてマスク６１２を介して完全又は部分的に透過するよう構成される少なくとも１つの透過領域６１６を有する。ある実施例では、マスク６１２は、所望されない回折次数の変調光６０２が入射する場所では実質的に不透明である。いくつかの実施例では、マスク６１２は、マスク６１２が透過領域６１６を有しない場所では実質的に不透明である。他の実施例では、マスク６１２は、所望されない回折次数から所望の回折次数を空間分離するため、所望の回折次数を透過するのとは対照的に反射するよう構成される。

【0046】

マスク６１２は、アルミニウム又はステンレス鋼などの金属から形成されてもよい。金属は、マスク６１２によってブロックされた光の吸収を高めるため陽極酸化又は黒化されてもよい。あるいは、マスク６１２は、シリコンなどの半導体基板から形成されてもよく、その中に透過領域６１６がエッチング又はグリッドされる。他の実施例では、マスク６１２は、光吸収材（例えば、黒色塗料）でコーティングされた光学的に透明な基板（例えば、ガラス）から形成され、透過領域６１６と一致しない領域の光を遮断する。他の実施例では、マスク６１２は、電子制御ミラーアレイなど、動的に構成可能な透過領域６１６を有する能動マスクである。

【0047】

実施例において、フーリエフィルタ６００は、フィルタリングされた光６１４をコリメート光６２０にコリメートするコリメートレンズ６１８を備えて構成される。コリメートレンズ６１８は、フーリエフィルタ６００と他の光学素子又は光学系との統合を容易にしうる。例えば、コリメートレンズ６１８は、フーリエフィルタ６００（例えば、プロジェクション光学系１５０又は図１７を参照して後述するビーム合成器１７０４）の後に位置する付加的な光学系にフィルタリングされた光６１４を光学的に結合してもよい。コリメートレンズ６１８は、焦点距離６２４を有し、コリメートレンズ６１８の焦点面がフーリエ面６０８と一致するように位置決めされる。焦点距離６１０及び６２４は、図６では等しいものとして示されているが、焦点距離６１０及び６２４は、特定の実施例では互いに異なっていてもよい。

【0048】

明確化のため、図６は、１次元（例えば、ｘ次元）で回折する回折ビームのみを示す。しかしながら、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、変調光６０２がまたメカニカル振幅ＳＬＭ１３０によって回折された回折ビームを、光軸６２２に垂直な第２の次元（例えば、ｙ次元）において含むように、２次元で回折する。二次元の回折パターンにおける各回折ビームは、２つの次元の各々について回折ビームの回折次数を特定する整数のペアによってラベル付けされてもよい。ここで、“０次”とは、２つの次元の双方において次数０を有する１つの回折ビームを指す。

【0049】

図７及び図８は、ＤＭＤ２３０による例示的な回折挙動を示す。図７及び図８は、以下の説明において一緒に最もよく見られる。図７及び図８は、例えば、ＤＭＤ２３０によって出力される変調光の回折次数が、フィルタ１４０を備えていないレーザプロジェクタのＰＣＲをどのように低減するかを示す。

【0050】

図７は、ＤＭＤ２３０の全てのマイクロミラー４２０をＯＮ位置において作動させることによって、ＯＮ光度を出力するＤＭＤ２３０を側面図において示す（拡大図７１６のマイクロミラー４２０（１）を参照されたい）。図８はまた、ＤＭＤ２３０の全てのマイクロミラー４２０をＯＦＦ位置において作動させることによって、ＯＦＦ光度を出力するＤＭＤ２３０を側面図において示す（拡大図８１６のマイクロミラー４２０（２）を参照されたい）。

【0051】

図７において、ＤＭＤ２３０は、複数のＯＮ回折ビーム７０４を有するＯＮ変調光７０２に入力光４８０を回折する。図８において、ＤＭＤ２３０は、複数のＯＦＦ回折ビーム８０４を有するＯＦＦ変調光８０２に入力光４８０を回折する。ＤＭＤ２３０の遠視野領域において、各ＯＮ回折ビーム７０４は、ＯＮ変調光７０２によって形成されるフラウンホーファ回折パターンの１つの回折次数又はピークに対応し、各ＯＦＦ回折ビーム８０４は、ＯＦＦ変調光８０２によって形成されるフラウンホーファ回折パターンの１つの回折次数又はピークに対応する。ＤＭＤ２３０の遠視野領域において、ＯＮ及びＯＦＦ回折ビーム７０４、８０４の各々は、複数の伝搬方向７１０の１つを有するｋベクトルに対応する。図７及び図８の具体例では、伝搬方向７１０は破線として表され、ＯＮ及びＯＦＦ回折ビーム７０４、８０４の各々は、伝搬方向７１０の１つと揃えられ、回折ビームのパワー又は強度に対応する長さを有する実線の矢印によって表される。

【0052】

入力光４８０の固定方向について、ＤＭＤ２３０のマイクロミラー４２０がＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で切り替えられるとき、ＯＮ及びＯＦＦ回折ビーム７０４、８０４のパワーが変化する一方、ＤＭＤ２３０のマイクロミラー４２０がＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で切り替えられるとき、ＯＮ及びＯＦＦ回折ビーム７０４、８０４の伝搬方向７１０は同じままである。換言すれば、ＤＭＤ２３０の設定及び入力光４８０の方向は、ＯＮ回折ビーム７０４及びＯＦＦ回折ビーム８０４の可能な伝搬方向７１０のセットを規定し、マイクロミラー４２０の位置は、伝搬方向７１０を横切るＤＭＤ２３０の出力光のパワー分布を決定する。

【0053】

図７及び図８は、プロジェクション光学系１５０がＤＭＤ２３０からの出力光を収集し、結果として生じるスクリーン照明を投影スクリーン上に投影する利用シナリオを示す。より具体的には、プロジェクション光学系１５０は、プロジェクション光学系１５０のクリアアパーチャ７０８内に入るＤＭＤ２３０によって出力される光を収集する。全ての可能な伝搬方向７１０がクリアアパーチャ７０８内に入るとは限らない。図７及び図８に示されるこの利用シナリオは、ＤＭＤ２３０を実現するが、フィルタ１４０を省略したレーザプロジェクタ１００の変形例において行われてもよい。

【0054】

図７及び図８に示される具体例では、ＯＮ変調光７０２は複数のＯＮ回折ビーム７０４において有意なパワーを有し、ＯＦＦ変調光は複数のＯＦＦ回折ビーム８０４において有意なパワーを有する。有意なパワーを搬送するＯＮ回折ビーム７０４の一部のみがクリアアパーチャ７０８内に入る一方、その他はクリアアパーチャ７０８外に入る。例えば、支配的なＯＮ回折ビーム７０４（１）はクリアアパーチャ７０８内に入る一方、２つの強力でないＯＮ回折ビーム７０４（２）及び７０４（３）はそれぞれ、クリアアパーチャ７０８内及び外に入る。反対に、有意なパワーを搬送するＯＦＦ回折ビーム８０４の一部のみがクリアアパーチャ７０８外に入る一方、その他はクリアアパーチャ７０８内に入る。例えば、支配的なＯＦＦ回折ビーム８０４（３）はクリアアパーチャ７０８外に入る一方、２つの強力でないＯＦＦ回折ビーム８０４（１）及び８０４（２）は共に、クリアアパーチャ７０８内に入る。要するに、ＯＮ変調光７０２の１００％未満が、ＯＮ光度を生じさせるＯＮ投影光７１４としてプロジェクション光学系１５０によって投影され、ＯＦＦ変調光８０２の非ゼロの割合は、非ゼロＯＦＦ光度を生じさせるＯＦＦ投影光８１４としてプロジェクション光学系１５０によって投影される。これら２つの要因の各々が、この利用シナリオのレーザプロジェクタのＰＣＲを低下させる。一般に、非ゼロのＯＦＦ光度は、ＰＣＲに対して最も有害な影響を及ぼすと予想される。

【0055】

明確化のため、図７及び図８は、１次元（ｘ次元）で回折する回折ビーム７０４、８０４のみを示す。しかしながら、ＤＭＤ２３０は、変調光７０２及び８０２がまた光軸７２２（ｙ次元）に垂直な第２の次元においてＤＭＤ２３０によって回折された回折ビームを含むように、入力光４８０を２つの次元で回折する。

【0056】

次に、図１、図７及び図８を組合せて参照すると、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０の他の実施例は、図７及び図８によって図示されるものと同様の回折挙動を示してもよく、フィルタ１４０は、何れの伝搬方向７１０がプロジェクション光学系１５０に転送されるかを選択する。適切な回折次数選択によって、フィルタ１４０は、フィルタ１４０を含まないシステムと比較して、二重変調システム１０２のＰＣＲを増加させ、その結果、レーザプロジェクタ１００のＰＣＲを増加させうる。

【0057】

フィルタ１４０を用いてフィルタリングすう回折次数を特定するため、回折次数コントラスト比（ＤＯＣＲ）が利用されてもよい。クリアアパーチャ７０８を通過する各伝搬方向７１０に対して、ＤＯＣＲは、同じ回折次数及び伝搬方向の対応するＯＮ回折ビーム及びＯＦＦ回折ビームのペアの光パワーの比として規定されてもよい。例えば、図７及び図８のＯＮ及びＯＦＦ回折ビーム７０４（１）及び８０４（１）に対応する回折次数は、高いＤＯＣＲを有する。高いＤＯＣＲを有する回折次数は、ＰＣＲを増加させるのに有益であり、投影スクリーンへの投影のために効果的に選択することができる。一方、ＯＮ及びＯＦＦ回折ビーム７０４（２）及び８０４（２）は、低いＤＯＣＲを有する回折次数に対応する。低いＤＯＣＲを有する回折次数は、ＰＣＲを減少させ、効果的にはＰＣＲを増加させるためフィルタ除去されうる。

【0058】

図９及び図１０はそれぞれ、ＯＮ及びＯＦＦ変調光７０２及び８０２の一例となるフラウンホーファ回折パターン９００及び１０００の強度プロットである。回折パターン９００及び１０００は、フーリエ面６０８におけるフーリエフィルタ６００（図６）のレンズ６０４の一例によって生成されるフーリエ変換に対応する。回折パターン９００及び１０００は、フーリエフィルタ６００が二重変調システム１０２、２００又は３００に実装される際、フーリエ面６０８において生成される回折パターンの具体例である。従って、回折パターン９００及び１０００は、例えば、フーリエフィルタ６００のマスク６１２がＰＣＲを改良するためどのように構成されてもよいかを示す。

【0059】

回折パターン９００及び１０００の各々は、それぞれ図７及び図８の回折ビーム７０４又は８０４のそれぞれ１つに対応する複数の等間隔の回折ピークを含む。図９及び図１０の水平軸９０４及び垂直軸９０６は、それぞれ座標系４９０のｘ及びｙ軸に対する回折ピークの方向余弦を示す。図９及び図１０は、強度スケール９０８による回折パターン９００及び１０００の強度を示す。

【0060】

図９及び図１０のサークル９０２は、図７及び図８のクリアアパーチャ７０８を表す。サークル９０２内にある回折ピークは、フーリエフィルタ６００又はフィルタ１４０の別の実施例が存在しない場合、プロジェクション光学系１５０によってＯＮ及びＯＦＦ投影光７１４及び８１４としてそれぞれ投影される回折ビーム７１８、８１８を表す。図９において、サークル９０２の中心における最も明るい（例えば、最高強度の）回折ピーク９１０は、図７のＯＮ回折ビーム７０４（１）及び／又は０次のＯＮ変調光７０２に対応する。サークル９０２の外側にある回折ピークは、投影スクリーン上に投影されない。

【0061】

図１０において、ＯＦＦ回折ビーム８０４（３）に対応する最も明るい回折ピーク１０１０は、サークル９０２の外側の方向余弦のより高い値にあり、従って、投影スクリーン上には投影されない。しかしながら、少なくともフーリエフィルタ６００又は別の実施例のフィルタ１４０がない場合、サークル９０２内の複数の低電力回折ピーク１０１２は、ＯＦＦ投影光８１４として投影スクリーン上に投影され、ＯＦＦ光度を増加させ、ＰＣＲを減少させる。

【0062】

ＰＣＲを増加させるため、フーリエフィルタ６００は、ＯＮ光度よりもＯＦＦ光度に比較的多く寄与するサークル９０２内にある回折次数を遮断することによって、ＯＦＦ光度を減少させてもよい。フラウンホーファ回折パターン９００及び８００は、変調光６０２のフーリエ変換を表し、マスク６１２が投影に対して所望の回折次数を透過するように、また、そうでない場合、投影される他の全ての所望されない回折次数をブロックするように、透過領域６１６がどのように構成されうるかを示す。具体的には、レンズ６０４のパラメータを使用して、所望される各回折ピークに関連する方向余弦は、マスク６１２を介し所望の回折ピークを透過するように、透過領域６１６が配置されうるマスク６１２上の空間位置に変換されてもよい。同様に、所望されない各回折ピークに関連する方向予言は、所望されない回折ピークを遮断（例えば、フィルタリング）するために、マスク６１２が不透明であるマスク６１２上の空間位置に変換されてもよい。

【0063】

フーリエフィルタ６００の一実施例では、マスク６１２は、二重変調システム１０２及びレーザプロジェクタ１００のＰＣＲ及び／又は光パワー効率を最適化するように選択されたサイズ、ジオメトリ、位置及び向きを有する１つの透過領域６１６を含む。フーリエフィルタ６００の他の実施例では、マスク６１２は、複数の透過領域６１６を有し、サイズ、ジオメトリ、位置及び向きが、二重変調システム１０２及びレーザプロジェクタ１００のＰＣＲ及び／又は光パワー効率を最適化するため各透過領域６１６に対して選択される。

【0064】

図１１～１６は、図６のマスク６１２の具体例の正面図であり、透過領域６１６の例示的な構成を示す。図１１～図１６の各々において、対応するＯＮ回折ビーム７０４及びＯＦＦ回折ビーム８０４の異なるペアに関連する回折次数などの回折次数の複数の位置が、Ｘが二次元グリッドを形成することによって示される。例えば、図１１において、位置１１０２（２）はマスク１１００によって遮断された１つの回折次数を示す一方、位置１１０２（１）はマスク１１００によって透過された１つの回折次数を示す。

【0065】

図１１及び図１２は、円形の透過領域１１０４及び１２０４をそれぞれ有する例示的なマスク１１００及び１２００を示す。円形の透過領域１１０４及び１２０４のそれぞれは、少なくとも部分的に光を透過的である穴又は材料であってもよい。円形の透過領域１１０４及び１２０４は、透過領域６１６の具体例である。円形の透過領域１１０４は、マスク１１００を介して１つの回折次数を透過するような大きさにされる。円形の透過領域１２０４は、図１２に示されるように、マスク１２００を介して複数の回折次数、例えば、３×３のグリッドを形成する９つの回折次数を透過するような大きさにされる。図１１及び図１２は、円形の透過領域１１０４及び１２０４をそれぞれマスク１１００及び１２００の中心にあるものとして示しているが、円形の透過領域１１０４及び１２０４は、ここの範囲から逸脱することなく中心から外れていてもよい。

【0066】

図１３及び図１４は、正方形の透過領域１３０４及び１４０４をそれぞれ有する例示的なマスク１３００及び１４００を示す。正方形の透過領域１３０４及び１４０４のそれぞれは、少なくとも部分的に光に対して透過的な穴又は材料であってもよい。正方形の透過領域１３０４及び１４０４は、透過領域６１６の具体例である。正方形の透過領域１３０４は、マスク１３００の中心に位置し、図１３に示されるように、３×３のグリッドを形成する９つの回折次数など、マスク１３００を介し複数の回折次数を透過させるような大きさにされる。正方形の透過領域１４０４は、マスク１４００の中心からずれており、２×２のグリッドを形成する４つの回折次数など、マスク１４００を介し複数の回折次数を透過するような大きさにされる。

【0067】

図１５は、マスク１５００を介し３つの隣接する回折次数を透過するよう構成された不規則な多角形の透過領域１５０４を有するマスク１５００の一例を示す。不規則な多角形の透過領域１５０４は、透過領域６１６の一例であり、少なくとも部分的に光を透過する穴又は材料であってもよい。

【0068】

図１６は、それぞれが４つの透過領域１６０４などのマスク１６００を介し１つの回折次数を透過するように位置及び大きさが決められた複数の円形の透過領域１６０４を有するマスク１６００の一例を示す。円形の透過領域１６０４は、複数の透過領域６１６の一例である。

【0069】

透過領域６１６は、ここの範囲から逸脱することなく、図１１～１６の具体例に示されるものとは別の形状、サイズ及び位置を有してもよい。１つのクラスの実現形態では、図１１～１６に示される透過領域６１６の各具体例は、マスク６１２に形成された穴である（例えば、ドリル加工、ミリング加工又はエッチングによって）。別のクラスの実現形態では、図１１～図１６に示される透過領域６１６の各具体例は、マスク６１２に物理的に結合される、又はマスク６１２内に埋め込まれる光学的に透過なウィンドウ、光学的に半透過なウィンドウ又はカラーフィルタ（例えば、ダイクロイックフィルタ又は薄膜フィルタ）である。図１１～１６の具体例では、マスク（例えば、マスク１１００）は円形である。これらのマスクの各々は、代わりに、本発明の範囲から逸脱することなく、別の形状（例えば、正方形又は長方形）を有してもよい。フーリエフィルタ６００に実装される際、図１１～図１６のマスクは、光軸６２２上を中心とするか、又は光軸６２２から中心が外れるようにしてもよい。

【0070】

図１７は、異なる色の組み合わせの前に個別の各カラーチャネルにおいて二重変調及び回折次数フィルタリングを有する１つの多色レーザプロジェクタ１７００を示す。レーザプロジェクタ１７００は、複数のカラーを処理し、多色光を出力するよう構成されたレーザプロジェクタ１００の拡張型である。図１７は、３つのカラーチャネル１７１０（１）、１７１０（２）及び１７１０（３）を有するものとしてレーザプロジェクタ１７００を示す。これら３つのカラーチャネルは、赤、緑及び青であってもよい。しかしながら、ここの範囲から逸脱することなく、レーザプロジェクタ１７００は、２つのカラーチャネル１７１０のみ、又は３より多くのカラーチャネル１７１０を用いて構成されてもよい。各カラーチャネル１７１０は、二重変調システム１０２のそれぞれのインスタンスを含む。従って、レーザプロジェクタ１７００の個々の各カラーチャネル１７１０は、二重変調システム１０２によって提供される二重変調及びフィルタリングから利益を得る。各カラーチャネル１７１０は、それぞれのコリメートレンズ１７２０を更に含むか、あるいは、各二重変調システム１０２のフィルタ１４０は、コリメートレンズ（例えば、コリメートレンズ６１８）を含む。従って、各カラーチャネル１７１０は、コリメートされる単色のフィルタリングされた変調光１７８０を出力する。ある実施例では、各カラーチャネル１７１０は更に、二重変調システム１０２の対応するインスタンスにレーザ光１８０を提供するそれぞれのレーザベース照明モジュール１６０を更に含む。あるいは、レーザプロジェクタ１７００は、第三者のレーザベース照明源からレーザ光１８０を受光するよう構成される。

【0071】

レーザプロジェクタ１７００はまた、ビーム合成器１７０４と、プロジェクション光学系１５０の単一インスタンスとを含む。ビーム合成器１７０４は、各カラーチャネル１７１０からの光１７８０を合成して、多色光１７８２を生成する。プロジェクション光学系１５０は、スクリーン１５２など、図１７に示されていないスクリーン上に多色光１７８２を投影する。断面ダイクロイック（又はｘ－キューブ）プリズムとして図１７に示されるが、ビーム合成器１７０４は、２つのカラーチャネル１７１０を合成する第１のダイクロイックビーム合成器と、続いて第３のカラーチャネル１７１０内で更に結合する第２のダイクロイックビーム合成器など、当該技術分野において既知の他のタイプのビーム合成器であってもよい。レーザプロジェクタ１７００は、光１７８０をビーム合成器１７０４に向けるためのミラー１７３０又は他のビームステアリング要素を更に含んでもよい。

【0072】

各カラーチャネル１７１０は、具体的には、それの各カラーの処理のため最適化されてもよい。一実施例では、フィルタ１４０の各インスタンスは、具体的には、回折の波長敏感性を考慮するため、フィルタ１４０の当該インスタンスによって処理されるカラーの回折次数をフィルタリングするよう構成される。例えば、二重変調システム１０２の各インスタンスにおいてフーリエフィルタ６００を実装する際、マスク６１２の対応する各インスタンスは、カラーチャネルによって処理される特定のカラーの回折次数を最適にフィルタリングするよう構成されてもよい。

【0073】

ここの範囲から逸脱することなく、二重変調システム１０２の特定の機能は、二重変調システム１０２の個々のインスタンスから移動され、代わりにビーム合成器１７０４とプロジェクション光学系１５０との間に配置されてもよい。このような１つの実施例では、各二重変調システム１０２は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０及びフィルタ１４０を省略し、単一のメカニカル振幅ＳＬＭ１３０及び単一のフィルタ１４０が、ビーム合成器１７０４とプロジェクション光学系１５０との間の合成光路に配置され、３つのカラー全てを一緒に処理する。また、ここの範囲から逸脱することなく、多色レーザプロジェクタ１７００は、フィルタ１４０の何れかのインスタンスなしに設けられてもよい。

【0074】

図１８は、１つの二重変調レーザ投影方法１８００を示す。方法１８００は、二重変調システム１０２又はレーザプロジェクタ１００によって実行されてもよい。方法１８００は、ステップ１８１０、１８２０、１８５０、１８６０及び１８７０を含む。

【0075】

ステップ１８１０は、相互に直交する偏光を有する第１及び第２の偏光ビームにレーザ光を分割する。ステップ１８１０の一例では、ＰＢＳ１１０は、図１を参照して上述したように、レーザ光１８０を偏光ビーム１８２及び１８４に分割する。

【0076】

ステップ１８２０は、第２の偏光ビームを空間的に不均一に位相変調し、第２の偏光ビームをプレビーム（ｐｒｅ－ｂｅａｍ）ステアリングする。ステップ１８２０の一例では、位相ＳＬＭ１２０は、図１を参照して上述したように、偏光ビーム１８４を変調して、プレビームステアリング偏光ビーム１８６を生成する。

【0077】

ステップ１８５０は、第１及び第２の偏光ビームを合成光に合成する。ステップ１８５０の一例では、二重変調システム１０２は、図１を参照して上述したように、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０上又は前に偏光ビーム１８２及び１８６を合成する。ステップ１８５０の他の具体例では、偏光ビーム合成器２２２は、図２を参照して上述したように、偏光ビーム１８２及び２８６を合成して、合成ビーム２８８を生成する。更なる他の実施例では、偏光ビーム１８２及び２８６は、図３を参照して上述したように、ＤＭＤ２３０上で直接合成される。

【0078】

ステップ１８６０は、ステップ１８５０において形成される合成光を空間的に不均一にメカニカルに振幅変調する。ステップ１８６０の一例では、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、図１を参照して上述したように、偏光ビーム１８２及び１８６の組み合わせを変調して、合成変調光１９０を生成する。ステップ１８６０の他の具体例では、ＤＭＤ２３０は、図２及び図３を参照して上述したように、偏光ビーム１８２及び２８６の組み合わせを変調して、合成変調光２９０を生成する。

【0079】

ステップ１８７０は、ステップ１８５０で生成された合成光から、ステップ１８６０で導入される複数の回折次数のうちの１つ以上を除去し、フィルタリングされた変調出力光を生成する。ステップ１８７０の一例では、フィルタ１４０は、図１を参照して上述したように、また、図７及び図８を参照して更に詳述したように、合成変調光１９０から１つ以上の回折次数を除去する。ステップ１８７０の他の具体例では、フーリエフィルタ６００は、図６を参照して上述したように、また、図７～図１６を参照して更に詳述したように、変調光６０２を空間フィルタリングして、フィルタリングされた光６１４を生成する。

【0080】

一実施例では、ステップ１８７０は、ステップ１８７２及び１８７４を含む。ステップ１８７２は、回折次数の角度をフーリエ面における回折次数の位置に空間フーリエ変換する。ステップ１８７２の一例では、レンズ６０４は、図６を参照して上述したように、また、図９及び図１０を参照してさらに詳述したように、変調光６０２をフーリエ面６０８上にフーリエ変換する。ステップ１８７４は、フーリエ面において、回折次数の第１のサブセットに対応するフーリエ面における位置を有する合成光の一部のみを透過し、合成光の残りの部分を遮断する。ステップ１８７４の一例では、マスク６１２は、（ａ）図６を参照して上述したように、また、図９～図１６を参照して更に詳述したように、全てではないが１つ以上の伝搬方向７１０に関連する回折次数を透過し、（ｂ）残りの回折次数を遮断する。

【0081】

方法１８００は、ステップ１８７０で生成されたフィルタリングされた変調出力光をスクリーンに投影するステップ１８９０を更に含んでもよい。ステップ１８９０の一例では、プロジェクション光学系１５０は、光フィールド１９２をスクリーン１５２上に投影する。方法１８００はまた、ステップ１８７０で生成されたフィルタリングされた変調出力光をコリメートするステップ１８８０を含んでもよい。ステップ１８８０の一例では、コリメートレンズ６１８は、図６を参照して上述したように、フィルタリングされた光６１４をコリメートする。ステップ１８８０の他の例では、光フィールド１９２は、図１を参照して上述されたように、フィルタ１４０に組み込まれたコリメートレンズによってコリメートされるか、あるいは、フィルタ１４０とプロジェクション光学系１５０との間に配置される。

【0082】

ある実施例では、方法１８００はステップ１８３０を更に含み、ステップ１８５０はステップ１８５２を実施する。ステップ１８３０は、第１の偏光ビームの偏光を回転し、第１の偏光ビームの第１のリニア偏光コンポーネントのパワーを調整する。ステップ１８５２は、第２の偏光ビームを第１の偏光ビームの第１のリニア偏光コンポーネントのみと合成する。ステップ１８３０及び１８５２の一例では、調光光学系２１２は、ステップ１８３０において偏光ビーム１８２の偏光を回転し、ステップ１８５２において偏光ビーム合成器２２２の前の偏光ビーム１８２の第１のリニア偏光コンポーネントのパワーを調整し、偏光選択性であることによって、図２を参照して上述したように、偏光ビーム２８６を偏光ビーム１８２の第１のリニア偏光コンポーネントのみと合成する可変的な偏光回転子として実現される。ステップ１８３０及び１８５２の他の例では、可変的な偏光回転子３１２は、ステップ１８３０において偏光ビーム１８２の偏光を回転し、ステップ１８５２において、偏光子３１４が、図３を参照して上述したように、偏光ビーム１８２の第１のリニア偏光コンポーネントのみをＤＭＤ２３０に透過する前に、偏光ビーム１８２の第１のリニア偏光コンポーネントのパワーを調整する。

【0083】

方法１８００は、例えば、図１８に示すように、必ずしもステップ１８２０と１８５０との間である必要はないが、ステップ１８１０の後であって、ステップ１８５０の前に実行されるステップ１８４０を含んでもよい。ステップ１８４０は、第１及び第２の偏光ビームがステップ１８６０の間に同じ偏光を有するように、第１及び第２の偏光ビームの１つの偏光を回転する。ステップ１８４０の一例では、二重変調システム３００の偏光子３１４は、偏光子３１４の後の偏光ビーム１８２の偏光方向が、図３を参照して上述したように、ＰＢＳ１１０の出力における偏光ビーム１８２の偏光方向と比較して９０度だけ回転されるように構成される。ステップ１８４０の他の例では、二重変調システム３００は、図３を参照して上述されるように、（ａ）偏光ビーム１８２の経路、又は（ｂ）偏光ビーム１８４及び２８６の１つの経路の何れかにおいて半波長板を実装する。

【0084】

図１９は、１つの多色二重変調レーザ投影方法１９００を示す。方法１９００は、方法１８００の拡張型であり、例えば、多色レーザプロジェクタ１７００によって実行される。方法１９００は、ステップ１９１０及び１９３０を含む。ステップ１９１０は、３つの異なるカラーのレーザ光に対して別々に方法１８００の実施例を実行し、３つの異なるカラーのそれぞれのフィルタリングされた変調出力光を生成する。ステップ１９１０で実行される方法１８００の実施例は、ステップ１８７０で終了し、ステップ１８８０及び１８９０を含まない。ステップ１９１０は、ステップ１８３０及び１８４０の一方又は両方を含んでもよい。ステップ１９１０の一例では、二重変調システム１０２の各インスタンスは、図１７を参照して上述したように、３つのカラーのそれぞれの光１７８０に対して、３つのカラーのそれぞれのレーザ光１８０を変調及びフィルタリングする。

【0085】

ステップ１９３０は、（ステップ１９１０で生成されるように）３つの異なるカラーのフィルタリングされた変調出力光を合成し、多色出力光を形成する。ステップ１９３０の一例では、ビーム合成器１７０４は、カラーチャネル１７１０から受け取った３つの異なるカラーの光１７８０を合成して、図１７を参照して上述したように、多色光１７８２を形成する。

【0086】

一実施例では、方法１９００はステップ１９２０を含む。ステップ１９２０は、３つのカラーのそれぞれに対してフィルタリングされた変調出力光を別々にコリメートする。ステップ１９２０の一例では、光１７８０の各カラーは、図１７を参照して上述したように、コリメートレンズ１７２０の各インスタンスによって、又は、二重変調システム１０２の各インスタンスに含まれるコリメートレンズによってコリメートされる。

【0087】

方法１９００は、多色出力光をスクリーン上に投影するステップ１９４０をさらに含むことができる。ステップ１９４０の一例では、プロジェクション光学系１５０は、図１７を参照して上述されるように、多色光１７８２をスクリーン上に投影する。

【0088】

方法１９００は、２つのみの異なるカラー又は３より多くの異なるカラーの処理に容易に拡張される。

【0089】

図２０は、入力レーザ光の偏光コンポーネントの双方の別々の位相変調と結果としてのプレビームステアリングとを備える１つの二重変調システム２００２を示す。二重変調システム２００２は、偏光ビーム１８２の経路に第２の位相ＳＬＭ２０２０を更に含む二重変調システム１０２の拡張である。位相ＳＬＭ２０２０は、位相ＳＬＭ１２０に類似し、メカニカルに振幅ＳＬＭ１３０が偏光ビーム２０８２と１８６との組み合わせの振幅を変調する前に、偏光ビーム１８２の位相を変調して、得られた偏光ビーム２０８２をビームステアリングする。位相ＳＬＭ１２０及び２０２０の各々は、偏光された入力光を受け取り、二重変調システム２００２は、それによって、単一位相ＳＬＭを使用して、偏光されていない又は部分的に偏光された光の位相変調に関連する問題を回避しながら、レーザ光１８０の双方の偏光コンポーネントのプレビームステアリングを達成する。

【0090】

図２０は、一例となる利用シナリオにおける二重変調システム２００２を示す。このシナリオでは、二重変調システム２００２は、二重変調システム２００２に加えて、スクリーン照明１９４としてスクリーン１５２上に光フィールド１９２を投影するためのプロジェクション光学系１５０を含む二重変調デジタルレーザプロジェクタ２０００において実現される。スクリーン照明１９４は、スクリーン１５２上に画像を生成する。レーザプロジェクタ２０００は、レーザ光１８０を生成するためのレーザベース照明モジュール１６０を更に含んでもよい。

【0091】

二重変調システム１０２と比較して、二重変調システム２００２は、レーザ光１８０の双方の偏光コンポーネントが位相変調されるため、より高い程度のビームステアリングを提供する。しかしながら、より低コスト及び／又はシンプルさが望ましいとき、二重変調システム１０２は、二重変調システム２００２よりも好ましいかもしれない。

【0092】

二重変調システム２００２は、二重変調システム１０２の任意的なコントローラ１７０を、位相ＳＬＭ２０２０を更に制御することを除くコントローラ１７０に類似した任意的なコントローラ２０７０と置換する。

【0093】

図２１は、他の二重変調システム２１０２を示す。二重変調システム２１０２は、（ａ）フィルタ１４０がいくつかの実施例では省略されてもよく、（ｂ）メカニカル振幅変調ＳＬＭ１３０がメカニカル又は非メカニカルであってもよい振幅ＳＬＭ２１３０によって置換されることを除いて、二重変調システム１０２と同様である。

【0094】

非メカニカルであるとき、振幅ＳＬＭ２１３０は、振幅変調のために構成されるＬＣＯＳ又は透過型ＬＣパネルなどの液晶ＳＬＭであってもよい。振幅ＳＬＭ２１３０の非メカニカルな実施例は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０よりも少ない回折を生じさせうる。従って、二重変調システム２１０２の一実施例では、振幅ＳＬＭ２１３０は非メカニカルであり、フィルタ１４０は省略され、二重変調システム２１０２は合成変調光１９０を出力する。二重変調システム２１０２の他の実施例では、振幅ＳＬＭ２１３０は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０として実装され、フィルタ１４０は、にもかかわらず、例えば、より低いＰＣＲが許容可能である際、コスト及び／又は複雑さを低減するため省略される。二重変調システム２１０２の更なる他の実施例では、振幅ＳＬＭ２１３０は非メカニカルであり、二重変調システム２１０２は、合成変調光１９０から１つ以上の回折次数を除去するためのフィルタ１４０を含む。

【0095】

図２１は、二重変調システム２１０２に加えて、スクリーン照明１９４としてスクリーン１５２上に光フィールド１９２又は合成変調光１９０を投影するためのプロジェクション光学系１５０を含む二重変調デジタルレーザプロジェクタ２１００において二重変調システム２１０２が実現される１つの利用シナリオにおいて二重変調システム２１０２を示す。スクリーン照明１９４は、スクリーン１５２上に画像を生成する。レーザプロジェクタ２１００は、レーザ光１８０を生成するためのレーザベース照明モジュール１６０を更に含んでもよい。

【0096】

図２２は、単一の変調経路のみを有する１つの二重変調システム２２０２を示す。二重変調システム２２０２は、ＰＢＳ１１０を省略し、任意的にＰＢＳ１１０を偏光子２２１０で置き換えることとは別に、二重変調システム１０２に類似する。

【0097】

偏光子２２１０を含まない二重変調システム２２０２の実施例では、位相ＳＬＭ１２０は、レーザ光１８０を位相変調して、位相変調光２２８６を生成する。次に、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０は、位相変調光２２８６を振幅変調して、二重変調光２２９０を生成する。次いで、フィルタ１４０は、二重変調光２２９０の回折次数をフィルタリングして、フィルタリングされた二重変調光フィールド２２９２を出力する。レーザ光１８０が偏光されていないとき、又は部分的に偏光されているとき、位相ＳＬＭ１２０によって達成される位相変調制御は、最適でないかもしれない。しかしながら、ある適用については、最適位相変調制御未満で十分であり、その場合、二重変調システム２２０２は、二重変調システム１０２よりもシンプルな解決策である。

【0098】

偏光されていない光又は部分的に偏光された光と共に使用するのに特に適した特定の実施例では、二重変調システム２２０２は、偏光子２２１０を含む。このような実施例では、偏光子２２１０は、偏光ビーム１８４を形成するため、レーザ光１８０の単一偏光コンポーネントを選択する。次に、偏光ビーム１８４は、位相ＳＬＭ１２０によって位相変調を受けて偏光ビーム１８６を形成し、偏光ビーム１８６は、メカニカル振幅ＳＬＭ１３０によって振幅変調を受けて光フィールド２２９２を形成する。次に、光フィールド２２９２は、合成変調光１９０について、図１を参照して上述したように、フィルタ１４０によってフィルタリングされる。

【0099】

レーザ光１８０が偏光されるシナリオでは、位相ＳＬＭ１２０の位相変調制御は、ＰＢＳ１１０の省略によって損なわれず、偏光子２２１０は、二重変調システム２２０２の性能に影響を与えることなく省略されてもよい。

【0100】

図２２は、二重変調システム２２０２が、二重変調システム２２０２に加えて、スクリーン照明１９４としてスクリーン１５２上に光フィールド２２９２を投影するためのプロジェクション光学系１５０を含む二重変調デジタルレーザプロジェクタ２２００において実現される１つの利用シナリオにおいて二重変調システム２２０２を示す。スクリーン照明１９４は、スクリーン１５２上に画像を生成する。レーザプロジェクタ２２００は、レーザ光１８０を生成するためのレーザベース照明モジュール１６０を更に含んでもよい。

【0101】

［特徴の組み合わせ］
上述された特徴は、以下で請求されるものと共に、それの範囲から逸脱することなく各種方法で組み合わされてもよい。例えば、ここで説明される１つの二重変調システム、レーザプロジェクタ又は関連する方法の態様が、ここに説明される他の二重変調システム、レーザプロジェクタ又は関連する方法の特徴を搭載又は置換してもよいことが理解されるであろう。以下の具体例は、上述した実施例のいくつかの可能な非限定的組み合わせを示す。他の多くの変更及び修正が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくここでの方法、製品及びシステムに行われてもよいことは明確である。

【0102】

（Ａ１）二重変調レーザ投影システムは、相互に直交する偏光を有する第１及び第２の偏光ビームにレーザ光を分割する偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光ビームをビームステアリングする位相ＳＬＭと、前記位相ＳＬＭによってステアリングされるビームとして、（ｉ）前記第１の偏光ビームと（ｉｉ）前記第２の偏光ビームとの組み合わせを振幅変調するメカニカル振幅ＳＬＭと、前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせから、前記メカニカル振幅ＳＬＭによって導入される複数の回折次数の１つ以上を削除し、フィルタリングされた変調出力光を生成するフィルタと、を有してもよい。

【0103】

（Ａ２）（Ａ１）に記載の二重変調レーザ投影システムは、前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせを形成し、前記メカニカル振幅ＳＬＭに向ける偏光ビーム合成器を更に含んでもよい。

【0104】

（Ａ３）（Ａ２）に記載の二重変調レーザ投影システムは、前記偏光ビーム合成器によって前記メカニカル振幅ＳＬＭに向けられる前記第１の偏光ビームの部分を調整するため、前記第１の偏光ビームの偏光を変更するために前記偏光ビームスプリッタと前記偏光ビーム合成器との間の波長板を更に含んでもよい。

【0105】

（Ａ４）（Ａ１）に記載の二重変調レーザ投影システムにおいて、前記メカニカル振幅ＳＬＭは、前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせを形成するため、２つの異なる各々の方向から前記第１及び第２の偏光ビームを受光するよう構成されてもよい。

【0106】

（Ａ５）（Ａ４）に記載の二重変調レーザ投影システムは、前記第１及び第２の偏光ビームが前記メカニカル振幅ＳＬＭによって受光される際に同じ偏光を有するように、前記メカニカル振幅ＳＬＭ上での合成前に前記第１及び第２の偏光ビームの１つの偏光を回転する半波長板を更に含んでもよい。

【0107】

（Ａ６）（Ａ５）に記載の二重変調レーザ投影システムにおいて、前記半波長板は、前記第１の偏光ビームの経路に配置されてもよい。

【0108】

（Ａ７）（Ａ１）～（Ａ６）に記載の二重変調レーザ投影システムの何れかにおいて、前記フィルタは、（ａ）前記回折次数を空間フーリエ変換するレンズと、（ｂ）前記レンズのフーリエ面に配置され、前記回折次数の少なくとも１つを透過し、前記回折次数の残りを遮断するマスクと、を含んでもよい。

【0109】

（Ａ８）（Ａ７）に記載の二重変調レーザ投影システムは、前記マスクの後で前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせをコリメートするコリメートレンズを更に含んでもよい。

【0110】

（Ａ９）（Ａ１）～（Ａ８）に記載の二重変調レーザ投影システムの何れかにおいて、前記メカニカル振幅ＳＬＭは、前記第１及び第２の偏光ビームの組み合わせの各々の空間コンポーネントの振幅を変調するミラーアレイを含んでもよい。

【0111】

（Ａ１０）（Ａ９）に記載の二重変調レーザ投影システムは、前記ミラー上への前記第１及び第２の偏光ビームの入射角は、通常の入射に対して１０度以下である。

【0112】

（Ａ１１）（Ａ１）～（Ａ１０）に記載の二重変調レーザ投影システムの何れかにおいて、前記位相ＳＬＭは、前記第２の偏光ビームの前記ビームステアリングを引き起こすため前記第２の偏光ビームの各々の空間コンポーネントの位相を変調するための液晶アレイを含んでもよい。

【0113】

（Ａ１２）（Ａ１１）に記載の二重変調レーザ投影システムにおいて、前記位相ＳＬＭは、前記メカニカル振幅ＳＬＭに対して前記第２の偏光ビームを反射するよう構成されるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ－Ｃｒｙｃｔａｌ－Ｏｎ－Ｓｉｌｉｃｏｎ）デバイスにおいて実現されてもよい。

【0114】

（Ａ１３）（Ａ１１）に記載の二重変調レーザ投影システムでは、前記液晶アレイは、前記メカニカル振幅ＳＬＭに対して前記第２の偏光ビームを透過するよう構成される液晶パネルにおいて実現されてもよい。

【0115】

（Ａ１４）（Ａ１）～（Ａ１３）に記載の二重変調レーザ投影システムの何れかは、非偏光光として前記レーザ光を出力する照明モジュールを更に含んでもよい。

【0116】

（Ａ１５）多色二重変調レーザプロジェクタは、（ａ）（Ａ１）～（Ａ１４）に記載される二重変調レーザ投影システムの何れか１つの３つのインスタンスであって、各インスタンスは３つの異なるカラーの各々のレーザ光を処理し、フィルタリングされた変調出力光を生成する、インスタンスと、（ｂ）３つの異なるカラーの各々のフィルタリングされた変調出力光をコリメートし、コリメートされた出力光を生成するよう各々が構成される３つのコリメートレンズと、（ｃ）３つの異なるカラーのコリメートされた出力光を合成するビーム合成器と、を含んでもよい。

【0117】

（Ｂ１）二重変調レーザ投影方法は、相互に直交する偏光を有する第１及び第２の偏光ビームにレーザ光を分割するステップと、前記第２の偏光ビームをビームステアリングするため前記第２の偏光ビームを空間的に不均一に位相変調するステップと、前記第２の偏光ビームを変調するステップの後、（ｉ）前記第１及び第２の偏光ビームを合成光に合成するステップと、（ｉｉ）前記合成光を空間的に不均一にメカニカルに振幅変調するステップと、（ｉｉｉ）前記合成光から、前記合成光をメカニカルに振幅変調するステップにおいて導入される複数の回折次数の１つ以上を削除し、フィルタリングされた変調出力光を生成するステップと、を有してもよい。

【0118】

（Ｂ２）（Ｂ１）に記載の二重変調レーザ投影方法において、前記メカニカルに振幅変調するステップは、ミラーアレイの複数のミラーの向きを調整することを含んでもよい。

【0119】

（Ｂ３）（Ｂ１）及び（Ｂ２）に記載の二重変調レーザ投影方法において、前記分割するステップにおいて、前記相互に直交する偏光の各々はリニアであってもよい。

【0120】

（Ｂ４）（Ｂ３）に記載の二重変調レーザ投影方法は、前記合成するステップの前に、前記第１の偏光ビームの偏光を回転し、前記第１の偏光ビームの第１のリニア偏光コンポーネントのパワーを調整するステップを更に含み、前記合成するステップは、前記第２の偏光ビームを前記第１の偏光ビームの前記第１のリニア偏光コンポーネントのみと合成することを含んでもよい。

【0121】

（Ｂ５）（Ｂ３）に記載の二重変調レーザ投影方法は、前記第１及び第２の偏光ビームが前記メカニカルに振幅変調のステップの間に同じ偏光を有するように、前記第１及び第２の偏光ビームの１つの偏光を回転するステップを更に含んでもよい。

【0122】

（Ｂ６）（Ｂ１）～（Ｂ５）に記載の二重変調レーザ投影方法の何れかにおいて、前記削除するステップは、前記回折次数の角度をフーリエ面における前記回折次数の位置に空間フーリエ変換するステップと、前記フーリエ面において、（ａ）前記回折次数の第１のサブセットに対応する前記フーリエ面における位置を有する前記合成光の部分のみを透過し、（ｂ）前記合成光の残りの部分を遮断するステップと、を含んでもよい。

【0123】

（Ｂ７）多色二重変調レーザ投影方法は、（Ｉ）３つの異なるカラーのそれぞれのレーザ光に対して、（ａ）（Ｂ１）～（Ｂ５）に記載される二重変調レーザ投影方法の何れか１つを実行し、前記３つの異なるカラーの各々を有するフィルタリングされた変調出力光を生成するステップと、（ｂ）前記３つの異なるカラーの各々を有するフィルタリングされた変調出力光をコリメートするステップと、（ＩＩ）前記３つの異なるカラーの各々に対してコリメートするステップの後、前記３つの異なるカラーのフィルタリングされた変調出力光を合成するステップと、を含んでもよい。

【0124】

ここの範囲から逸脱することなく、上記のシステム及び方法に変更がなされてもよい。従って、上記説明に含まれ、添付した図面に示される主題は限定的な意味でなく例示として解釈されるべきであることが留意されるべきである。以下の請求項は、言語の問題として、そこに属すると言われうる本システム及び方法の範囲の全ての説明と共に、ここに説明される汎用的及び具体的な特徴をカバーすることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】