ホーム > 特許ランキング > Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(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】2023-12-06
(45)【発行日】2023-12-14
(54)【発明の名称】画像プロジェクタ
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20231207BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20231207BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20231207BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 B
G02B26/10 C
G02B26/10 101
G03B21/00 D
G03B21/14 Z
G03B21/14 A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021543251
(86)(22)【出願日】2019-06-13
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-20
(86)【国際出願番号】 IB2019054956
(87)【国際公開番号】W WO2020183229
(87)【国際公開日】2020-09-17
【審査請求日】2022-05-20
(31)【優先権主張番号】62/816,948
(32)【優先日】2019-03-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518010049
【氏名又は名称】ルムス エルティーディー．
【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】８ Ｐｉｎｃｈａｓ Ｓａｐｉｒ Ｓｔｒｅｅｔ， ７４０３６３１ Ｎｅｓｓ Ｚｉｏｎａ， Ｉｓｒａｅｌ
(74)【代理人】
【識別番号】110003797
【氏名又は名称】弁理士法人清原国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ダンジガー，ヨチャイ
【審査官】堀部 修平
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００２０８５８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１７－５２００１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１６２７３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１８９９０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１５８４４６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２６／１０
Ｇ０２Ｂ ２７／０１ － ２７／０２
Ｇ０３Ｂ ２１／００
Ｇ０３Ｂ ２１／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
出口ストップ（４５）を介して光ガイド光学素子の入力ストップに導入するためのコリメート画像を投影するための画像プロジェクタであって、前記コリメート画像が視野を有するデジタル画像の表現であり、前記画像プロジェクタが、（ａ）複数の照明光源（８０８）を含む照明装置（８０６）と、
（ｂ）ミラー（８１４）と、前記ミラー（８１４）の傾斜動作を駆動するドライバ（８１６）と、を含む傾斜ミラーアセンブリ（８１２）と、
（ｃ）前記ドライバ（８１６）および前記照明装置（８０６）と電子接続されたコントローラ（８３０）と、
（ｄ）複数の光学素子を含む光学装置（８３６）であって、
（ｉ）複数の前記照明光源から前記ミラーに向かって照明光を誘導し、
（ｉｉ）前記ミラーから反射された前記照明光を画像平面に向かって誘導する、ように配置された、光学装置と、を備え、
前記コントローラ（８３０）が、前記デジタル画像の内容に応じて、前記ミラー（８１４）の前記傾斜動作と同期して、前記照明光源（８０８）の各々の強度を変調し、
前記光学装置（８３６）が、前記画像平面からの照明光をコリメートして、前記出口ストップ（４５）に誘導されるコリメート画像を生成するように配置された光学素子をさらに備え、
複数の前記照明光源（８０８）が離間しており、前記傾斜動作が、前記照明光源（８０８）の各々からの照明光が前記視野の一次元の一部のみを横切って走査する一方で、複数の前記照明光源（８０８）からの照明光が共同して前記一次元の全体を走査し、
前記画像プロジェクタが前記画像平面に配置された空間光変調器（８２４）をさらに含み、前記光学装置（８３６）が、前記空間光変調器（８２４）の複数のピクセル素子を照明する前記照明光源（８０８）の各々から照明光のパッチを生成するように構成され、前記空間光変調器（８２４）が、前記デジタル画像の複製を生成するように、前記照明装置（８０６）と協調して前記コントローラ（８３０）によって駆動されていることを特徴とする、画像プロジェクタ。
【請求項2】
前記光学装置が、前記出口ストップに前記ミラーの画像を実質的に生成するものであり、前記光学装置は前記ミラーの画像を前記光ガイド光学素子の入力ストップに生成するために瞳画像化の方法を用いる、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項3】
前記傾斜ミラーアセンブリ（８１２）が、前記照明光源の各々からの照明光が２次元走査パターンで前記画像平面を横切って走査するような２軸走査装置の一部である、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項4】
離間した前記照明光源（８０８）が、２次元で離間した照明光源（８０８）の２次元アレイの一部であり、前記２次元走査パターンが、前記照明光源（８０８）の各々からの照明光が前記視野の各次元の一部のみを横切って走査する一方で、複数の前記照明光源（８０８）からの照明光が共同して前記視野の双方の次元の全体を横切って走査するようなものである、請求項３に記載の画像プロジェクタ。
【請求項5】
離間した前記照明光源（８０８）の各々が、前記視野の走査方向の次元に垂直な前記視野の一次元にまたがる実質的に連続した照明パターンを生成するために協働する一群の照明光源（８０８）の一部である、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項6】
前記照明光源（８０８）の各々が前記デジタル画像の単一ピクセルに対応する前記画像平面に瞬間的にスポットを生成するために、前記光学装置（８３６）が前記ミラー（８１４）から反射された前記照明光を前記画像平面に集光するように構成されている、請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項7】
複数の前記照明光源（８０８）のすべてが単色であり、複数の前記照明光源の各々が異なる色の２つの追加の照明光源に関連付けられ、赤、緑、青色の照明光源（８０８）のトリプレットを構成している、請求項１～６のいずれかに記載の画像プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は画像プロジェクタに関し、具体的には、導波路への入口を照明するための様々な構成を有する画像プロジェクタに関する。
【背景技術】
【0002】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶オンシリコン（エルコス（ＬＣＯＳ））変調器、またはデジタル光処理（ＤＬＰ）システムのデジタルマイクロミラーデバイスなどの空間光変調器を照明し、ユーザーの目に出力するための変調画像をコリメートすることによって当該画像を投影することが知られている。このようなプロジェクタは、ニアアイディスプレイでしばしば使用されている。このニアアイディスプレイでは、投影された画像は典型的には光導波路に導入され、この光導波路に沿ってユーザーの目に結合されるまで内部反射（典型的には部分反射面または回折素子）によって伝播される。これにより、画像が目に向かって投影される有効光学的開口の拡大に寄与し得る。
【0003】
ニアアイディスプレイは、典型的には２つの主要なモジュールを備える。一方は光ガイド光学素子（「ＬＯＥ」または「導波路」）であり、他方は「投影光学デバイス」または「ＰＯＤ」とも呼ばれる画像プロジェクタである。導波路への入射瞳は、プロジェクタに必要な出射瞳を決定する。したがって、プロジェクタの射出瞳は、その光学系から少し前方に離れて配置される。この距離は、プロジェクタから導波路への光の光学結合構成によって決定される。
【0004】
図１Ａは、プロジェクタ１２Ａがプリズム１３を介して導波路１４に画像光を伝送する既存の対角アプローチを示す。この構成では、プロジェクタ１２Ａと導波路の入射瞳との間の光学距離は比較的短い。
【0005】
図１Ｂは、光を導波路に結合する垂直アプローチを示す。この図では、プロジェクタ１２Ｂが主光線１６Ａを伝送するように示される。その光線は、全内部反射（ＴＩＲ）によって導波路１４内に閉じ込められる角度でミラー表面１８から反射される。
【0006】
図１Ａおよび１Ｂの双方において、臨界点（実際には、図面のページ内で延びるエッジ）３２は、少なくとも図示のような幅寸法における導波路への入射瞳を決定する。プロジェクタからこの入射瞳までの光路は、図１Ｂよりも図１Ａの方が短いことが明らかである。
【0007】
導波路の光学的開口は、実際には２次元で定義される。特に好ましい実装においては、プロジェクタの射出瞳と観察者の眼との間で開口が２次元方向に拡大される。これは、（参照によりその全体が本明細書に援用されるＰＣＴ公開第ＷＯ２０１８／６０５９７５号の図１２に対応する）図２Ａの導波路によって例示されるように、第１の次元方向の拡大された独立導波路を使用することによって達成することができる。ここでは、導波路２４への瞳は２つのエッジ２６および２８によって定義される。これらのエッジは必ずしも同一平面上にあるとは限らない。図２Ｂは、「１Ｄ」またはスラブタイプの導波路３０を示し、２組の内蔵された部分反射面を使用することによって開口を２Ｄに拡大している。この場合、導波路エッジ３４は入射瞳（マークされた領域）の一方の側を決定し、他の次元３５のエッジは一意に設定されない（概略的に矢印３６として示される）ため、この次元の入射瞳を導波路の平面に沿って変化させることができる。
【発明の概要】
【0008】
本発明は画像プロジェクタである。
【0009】
本発明の一実施形態の教示によると、出口ストップを介して光ガイド光学素子の入力ストップに導入するためのコリメート画像を投影するための画像プロジェクタが提供される。コリメート画像は視野を有するデジタル画像の表現である。画像プロジェクタは、（ａ）複数の照明光源を含む照明装置と、（ｂ）ミラーと、このミラーの傾斜動作を駆動するドライバと、を含む傾斜ミラーアセンブリと、（ｃ）ドライバおよび照明装置と電子接続されたコントローラと、（ｄ）複数の光学素子を含む光学装置であって、この光学装置は、（ｉ）複数の照明光源からミラーに向かって照明光を誘導し、（ｉｉ）ミラーによって反射された照明光を画像平面に向かって誘導し、（ｉｉｉ）画像平面からの照明光をコリメートして、出口ストップに誘導されるコリメート画像を生成する、ように配置された、光学装置と、を備える。コントローラは、デジタル画像の内容に応じて、ミラーの傾斜動作と同期して、照明光源の各々の強度を変調する。また、複数の照明光源は離間している。傾斜動作は、照明光源の各々からの照明光が視野の一次元の一部のみを横切って走査する一方で、複数の照明光源からの照明光は共同して該一次元の全体を走査するようなものである。
【0010】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、光学装置が出口ストップにミラーを実質的に画像化する。
【0011】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、傾斜ミラーアセンブリは、照明光源の各々からの照明光が２次元走査パターンで画像平面を横切って走査するような２軸走査装置の一部である。
【0012】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、離間した照明光源は、２次元で離間した照明光源の２次元アレイの一部である。また、２次元走査パターンは、照明光源の各々からの照明光が視野の各次元の一部のみを走査する一方で、複数の照明光からの照明光が共同して視野の双方の次元の全体を横切って走査するようなものである。
【0013】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、離間した照明光源の各々は、視野の走査方向の次元に垂直な視野の一次元にまたがる実質的に連続した照明パターンを生成するために協働する一群の照明光源の一部である。
【0014】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、照明光源の各々がデジタル画像の単一ピクセルに対応する画像平面に瞬間的にスポットを生成するように、光学装置がミラーから反射された照明光を画像平面に集光するよう構成される。
【0015】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、画像平面に配置された空間光変調器をさらに含む。また、光学装置が、空間光変調器の複数のピクセル素子を照明する照明光源の各々から照明光のパッチを生成するように構成される。空間光変調器は、照明装置と協調してコントローラによって駆動され、デジタル画像の複製を生成する。
【0016】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、複数の照明光源のすべてが単色である。また、複数の照明光源の各々が異なる色の他の２つの照明光源に関連付けられ、赤、緑、青色の照明光源のトリプレットを構成する。
【0017】
本発明の一実施形態の教示によると、出口ストップを介して光ガイド光学素子の入力ストップに導入するためのコリメート画像を投影するための画像プロジェクタも提供される。コリメート画像は視野を有するデジタル画像の表現である。画像プロジェクタは、（ａ）複数の照明光源を含む照明装置と、（ｂ）ミラーと、このミラーの傾斜動作を駆動するドライバと、を含む傾斜ミラーアセンブリと、（ｃ）個別に制御されるピクセル素子を有する空間光変調器と、（ｄ）空間光変調器と、ドライバと、照明装置とに電子接続されたコントローラと、（ｅ）複数の光学素子を含む光学装置であって、この光学装置は、（ｉ）複数の照明光源からミラーに向かって照明光を誘導し、（ｉｉ）照明光源の各々からの照明光が空間光変調器の複数のピクセル素子を照明する照明光のパッチを生成するように、ミラーから反射された照明光を空間光変調器に向かって誘導し、（ｉｉｉ）空間光変調器からの照明光をコリメートして、出口ストップに誘導されたコリメート画像を生成する、ように配置された、光学装置と、を備える。コントローラは、ミラーの傾斜動作と同期して、照明光源の各々の強度の変調と協調して、空間光変調器を駆動することによりデジタル画像の複製を生成する。また、複数の照明光源は、視野の主走査方向の次元に垂直な視野の一次元の少なくとも一部にまたがる実質的に連続した照明パターンを生成する、少なくとも１群の個別に制御される照明光源を含む。
【0018】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、１群の個別に制御される照明光源が、視野の主走査方向の次元に垂直な視野の一次元の全体にまたがる実質的に連続した照明パターンを生成する。
【0019】
本発明の一実施形態によると、出口ストップを介して光ガイド光学素子の入力ストップに導入するためのコリメート画像を投影するための画像プロジェクタも提供される。コリメート画像は視野を有するデジタル画像の表現である。画像プロジェクタは、（ａ）異なる色の複数の照明光源を含む照明装置と、（ｂ）ミラーと、このミラーの傾斜動作を複数の位置の間で駆動するドライバと、を含む傾斜ミラーアセンブリと、（ｃ）個別に制御されるピクセル素子を有する空間光変調器と、（ｄ）空間光変調器およびドライバに電子接続されたコントローラと、（ｅ）複数の光学素子を含む光学装置であって、この光学装置は、（ｉ）複数の照明光源からミラーに向かって照明光を誘導し、（ｉｉ）照明光源の１つからの照明光が空間光変調器を照明するように、ミラーから反射された照明光を空間光変調器に誘導し、（ｉｉｉ）空間光変調器からの照明光をコリメートして、出口ストップに誘導されたコリメート画像を生成する、ように構成された、光学装置と、を備える。コントローラは、ドライバを駆動して位置の第１の位置と位置の第２の位置との間でミラーを変位させることによって照明光の色を切り替える。ここで、第１の位置では空間光変調器が照明光源の第１の照明光源によって完全に照明され、第２の位置では空間光変調器が照明光源の第２の照明光源によって完全に照明される。また、コントローラは、照明光の色の切り替えに同期して空間光変調器を作動させて、照明光の色の各々についてデジタル画像の対応する内容を生成する。
【0020】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、ミラーの位置の各々において、光学装置は、照明光源の１つの画像を空間光変調器に集光させるように構成される。
【0021】
本発明の一実施形態によると、出口ストップを介して光ガイド光学素子の入力ストップにコリメート画像を投影するための画像プロジェクタも提供される。コリメート画像は視野を有するデジタル画像の表現である。画像プロジェクタは、（ａ）少なくとも１つの照明光源を含む照明装置と、（ｂ）第１のミラーと、この第１のミラーの第１の傾斜軸回りの傾斜動作を駆動するための第１のドライバと、を備える第１の傾斜ミラーアセンブリと、（ｃ）第２のミラーと、この第２のミラーの第２の傾斜軸回りの傾斜動作を駆動するための第２のドライバと、を備える第２の傾斜ミラーアセンブリと、（ｄ）第１および第２のドライバと、照明装置とに電子接続されたコントローラと、（ｅ）複数の光学素子を含む光学装置であって、この光学装置は、（ｉ）少なくとも１つの照明光源から照明光を第１のミラーに向けて誘導し、（ｉｉ）ミラーから反射された照明光を第２のミラーに向けて誘導し、（ｉｉｉ）第２のミラーからの照明光をコリメートして、出口ストップに誘導されるコリメート画像を生成する、よう構成された、光学装置と、を備える。コントローラは、デジタル画像の内容に応じて、第１および第２のミラーの傾斜動作と同期して、少なくとも１つの照明光源の強度を変調する。また、光学装置は、第１のミラーおよび第２のミラーの双方が、光ガイド光学素子の入口ストップの画像を含む平面内に実質的に配置されるように構成される。
【0022】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、少なくとも１つの照明光源が、複数の離間した照明光源として実装される。また、第１および第２のミラーのうちの１つの傾斜動作は、照明光源の各々からの照明光が視野の一次元における一部のみを横切って走査する一方で、複数の照明光源からの照明光が共同して該一次元の全体を横切って走査するようなものである。
【0023】
本発明の一実施形態の別の特徴によると、離間した照明光源は、２次元で離間した２次元アレイの照明光源の一部である。また、第１および第２のミラーの各々の傾斜動作は、照明光源の各々からの照明光が視野の各次元の一部のみを横切って走査する一方で、複数の照明からの照明光が共同して視野の双方の次元の全体を横切って走査するようなものである。
【図面の簡単な説明】
【0024】
本発明は、添付の図面を参照して、例としてのみ本明細書に記載されている。
【0025】
【図1A】上で考察された、２つの従来のアプローチに従って光ガイド光学素子に光学的に結合した画像プロジェクタの概略側面図である。
【図1B】上で考察された、２つの従来のアプローチに従って光ガイド光学素子に光学的に結合した画像プロジェクタの概略側面図である。
【図2A】上で考察された、画像の光ガイド光学素子への結合に関連する特定の幾何学的定義を示す概略等角図である。
【図2B】上で考察された、画像の光ガイド光学素子への結合に関連する特定の幾何学的定義を示す概略等角図である。
【図3A】本発明の特定の実施形態の教示に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタの２つの概略図である。
【図3B】本発明の特定の実施形態の教示に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタの２つの概略図である。
【図4A】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第１の光学装置の概略側面図であり、該構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図4B】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第１の光学装置の概略側面図であり、該構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図4C】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第１の光学装置の概略側面図であり、該構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図5A】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第２の光学装置の概略側面図であり、走査ミラーが変位する場合としない場合での構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図5B】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第２の光学装置の概略側面図であり、走査ミラーが変位する場合としない場合での構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図5C】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第２の光学装置の概略側面図であり、走査ミラーが変位する場合としない場合での構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図5D】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第２の光学装置の概略側面図であり、走査ミラーが変位する場合としない場合での構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図6A】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタおよび出力導波路を実装するための第３の光学装置の概略側面図および底面図である。
【図6B】本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタおよび出力導波路を実装するための第３の光学装置の概略側面図および底面図である。
【図7A】２つの単軸傾斜ミラーアセンブリを使用した、本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第４の光学装置の概略側面図であり、構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図7B】２つの単軸傾斜ミラーアセンブリを使用した、本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第４の光学装置の概略側面図であり、構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図7C】２つの単軸傾斜ミラーアセンブリを使用した、本発明の実施形態に従って構築され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第４の光学装置の概略側面図であり、構成を通る光線の経路の様々なサブセットを示す。
【図7D】２つの単軸傾斜ミラーアセンブリを使用した、本発明の実施形態に従って構成され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第５の光学装置の概略側面図であり、該単軸傾斜ミラーアセンブリは射出瞳が再画像化された異なる平面に配置され、構成を通る光線経路の様々なサブセットを示す。
【図7E】２つの単軸傾斜ミラーアセンブリを使用した、本発明の実施形態に従って構成され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第５の光学装置の概略側面図であり、該単軸傾斜ミラーアセンブリは射出瞳が再画像化された異なる平面に配置され、構成を通る光線経路の様々なサブセットを示す。
【図7F】２つの単軸傾斜ミラーアセンブリを使用した、本発明の実施形態に従って構成され、かつ、動作する画像プロジェクタを実装するための第５の光学装置の概略側面図であり、該単軸傾斜ミラーアセンブリは射出瞳が再画像化された異なる平面に配置され、構成を通る光線経路の様々なサブセットを示す。
【図8A】本発明の一実施形態の教示に従った画像プロジェクタで使用するための様々な照明パターンおよび対応する走査パターンの概略図である。
【図8B】本発明の一実施形態の教示に従った画像プロジェクタで使用するための様々な照明パターンおよび対応する走査パターンの概略図である。
【図8C】本発明の一実施形態の教示に従った画像プロジェクタで使用するための様々な照明パターンおよび対応する走査パターンの概略図である。
【図8D】本発明の一実施形態の教示に従った画像プロジェクタで使用するための様々な照明パターンおよび対応する走査パターンの概略図である。
【図10A】照明光源を切り替えるために走査装置を使用したプロジェクタを実装するための光学装置の概略側面図である。
【図10B】中央のＬＥＤを選択する、複数の照明光源上の空間光変調器のフットプリントの概略図である。
【図11】本発明の様々な実施形態を実装するためのシステムのブロック図である。
【図12】可変輝度照明を採用した低輝度照明方式の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明は画像プロジェクタである。
【0027】
本発明による画像プロジェクタの原理および動作は、図面および関連する説明を参照することによってより理解することができる。
【0028】
初めに、本発明は、画像生成サブシステムの一部としての照明システムと共に傾斜ミラーアセンブリを採用する様々な構成を備えた画像プロジェクタに関する。本明細書に記載の主題は、概念的に本発明の複数の異なる態様に細分化することができ、各々がそれ自体で独立している。しかしながら、それらが様々な組み合わせで有利的に使用されることが最も好ましい。以下で考察される本発明の様々な態様のすべての組み合わせは、特に相容れないと示された場合を除き、本発明の範囲内で考慮されるべきである。
【0029】
ここで図面を参照すると、図３Ａは、出口ストップ４５を介してコリメート画像を投影するための、本発明の第１の態様に係わる画像プロジェクタを概略的に示す。画像は画像平面４６を通過する。そこでは、少なくとも特定の実施形態で空間光変調器（ＳＬＭ）により画像が生成される。空間光変調器は２次元アレイのピクセル素子を備え、該ピクセル素子の各々は、空間光変調器を透過、または、該空間光変調器によって反射された光の特性（典型的には、偏波）を変調するように制御可能である。透過光ＳＬＭの例は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、反射ＳＬＭの例は液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイスまたはデジタル光処理（ＤＬＰ）デバイスである。ここでの概略図は、光路に沿った左から右への進行を示しているが、この光路は以下の例に例示されるように、ＬＣＯＳ４６を含む様々な反射素子での折り返しができることが理解されよう。少なくとも１つの光学素子からなるコリメート構成４４は、画像平面（例えば、空間光変調器）からの照明光をコリメートすることにより、光ガイド光学素子（導波路）の入力ストップに導入するために出口ストップ４５に誘導されたコリメート画像を生成するように構成される。
【0030】
画像プロジェクタはまた、照明ストップ４２からの照明光を送達する照明装置と、照明ストップ４２と画像平面４６との間の光路に配置された照明光学系４３とを含む。高い光学効率を達成するために、照明光学系４３およびコリメート構成４４は、照明ストップ４２の画像が実質的に出口ストップ４５に照明されるように構成されることが好ましい。これにより「瞳画像化」を達成され、照明ストップ４２からＳＬＭに導かれる照明光線が確実に、かつ、効率的に出口ストップ４５に導かれる。
【0031】
光は、任意の好適な光源４１から入口ストップ４２に送達され、光学画像化部品（レンズ、ミラー）または非画像化（ライトパイプ、拡散器）部品であるかどうかに関わらず、任意の好適な部品によって集光させることができる。照明ストップ４２の後、「瞳画像化」が達成されるように、画像化光学部品のみが使用される。出口ストップ４５は、図１Ａ、１Ｂ、２Ａおよび２Ｂに示されるものなどのように、画像を観察者（図示せず）に中継する光ガイド光学素子への入口であることが好ましい。瞳画像化が完璧な場合、ストップ４２を通過して照明光学系４３に照明される光線は、（画像変調の対象である）出口ストップ４５に到達し、導波路に入力し、それによって最大の照明効率を達成する。実際には、本発明のこの態様の利点の多くは、照明ストップの画像を出口ストップ４５に「実質的に」照明させることによって達成することができ、ここでは、照明ストップ４２を出射し、照明光学系４３に到達する光線の少なくとも半分、より好ましくは少なくとも８０パーセントが出口ストップ４５に照明されると考えられる。
【0032】
出口ストップ４５を通過してＬＯＥに到達する画像はコリメートする必要がある。つまり、画像内のすべてのポイントは、ストップ４５を均一に満たす一連の平行光線で表される。画像形成は、以下の３つの主な選択肢を使用して実現することができる。
１．走査：光源４１は点光源であり、該画像の各ピクセルの画像情報に応じて照明強度を同期変調すると共に、ストップ４２で走査ミラーを使用して連続するピクセルを走査することによって画像は生成される。この場合、画像平面４６に変調器は必要ない。
２．空間変調：空間光変調器がコリメート構成４４の焦点面に対応する画像平面４６に配置される。変調器は、例えば、ＬＣＯＳ、ＬＣＤまたはＤＬＰデバイスであり得る。
３．組み合わせ：ストップ４２での走査および平面４６での空間変調。
１．走査：光源４１は点光源であり、該画像の各ピクセルの画像情報に応じて照明強度を同期変調すると共に、ストップ４２で走査ミラーを使用して連続するピクセルを走査することによって画像は生成される。この場合、画像平面４６に変調器は必要ない。
２．空間変調：空間光変調器がコリメート構成４４の焦点面に対応する画像平面４６に配置される。変調器は、例えば、ＬＣＯＳ、ＬＣＤまたはＤＬＰデバイスであり得る。
３．組み合わせ：ストップ４２での走査および平面４６での空間変調。
【0033】
図３Ｂは図３Ａと同等のアーキテクチャを示すが、射出瞳４５と第１のレンズ４４との距離がより長く、図１Ｂの垂直結合などの特定の光学設計を実装するのにより好適である。４５と４４との距離が長くなると、使用するレンズ４４がより大きくなり、かつ、瞳画像平面４２を画像平面４６に近づける必要がある。結果として、空間の制約により、典型的にはレンズ４３を照明ストップ４２に隣接し、かつ、典型的には光路に沿った照明ストップの前に配置する必要がある。
【0034】
以下に示す例ではＬＣＯＳ空間光変調器を参照するが、これは空間光変調器の非限定的な例であり、他の形式の空間光変調器を採用した変形実装は、当業者が本明細書の記載に基づいて容易に実施可能であることに留意されたい。
【0035】
スキャナを組み込んだダブルＰＢＳの光学装置
図４Ａ～４Ｃは、２つのＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）に基づく図３Ａと同等のアーキテクチャを示す。光源５１は、光をＰＢＳ４０ａ、レンズ５３、および走査反射ミラー５２に伝達する。以下、本明細書全体を通して、当技術分野で知られているように、１／４波長板をＰＢＳ反射後およびＰＢＳ透過前に、または、ＰＢＳ透過後およびＰＢＳ反射前で使用することを前提としているが、その詳細は説明を簡単にするために省略する。光はミラー５２から反射し、ＰＢＳ４０ａを透過し、ミラー５７（図示のように平面ミラーか、または光パワーを有してもよい）によって反射され、ＬＣＯＳ画像化マトリックス５６に導かれるようにＰＢＳ４０ａおよびＰＢＳ４０ｂによって反射される。ＬＣＯＳから、光はＰＢＳ４０ｂを通過してレンズ５４に到達し、ＰＢＳ４０ｂに戻り、導波路の入射瞳でもある射出瞳５５に到達する。
図４Ａ～４Ｃは、２つのＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）に基づく図３Ａと同等のアーキテクチャを示す。光源５１は、光をＰＢＳ４０ａ、レンズ５３、および走査反射ミラー５２に伝達する。以下、本明細書全体を通して、当技術分野で知られているように、１／４波長板をＰＢＳ反射後およびＰＢＳ透過前に、または、ＰＢＳ透過後およびＰＢＳ反射前で使用することを前提としているが、その詳細は説明を簡単にするために省略する。光はミラー５２から反射し、ＰＢＳ４０ａを透過し、ミラー５７（図示のように平面ミラーか、または光パワーを有してもよい）によって反射され、ＬＣＯＳ画像化マトリックス５６に導かれるようにＰＢＳ４０ａおよびＰＢＳ４０ｂによって反射される。ＬＣＯＳから、光はＰＢＳ４０ｂを通過してレンズ５４に到達し、ＰＢＳ４０ｂに戻り、導波路の入射瞳でもある射出瞳５５に到達する。
【0036】
図４Ｂは、走査ミラー５２に集束され、瞳５５の光学系によって再び集束される光線の一部のみを示す。このようにして、射出瞳の画像にある走査ミラーは、瞳５５への照明を維持しながら走査を実行することができる。
【0037】
図４Ｃは、ＬＣＯＳ５６に集光され、ソース面５１にも集光されている画像フィールド内の単一の点を示す。このようにして、スキャナ５２は、５１～ＬＣＯＳ５６までの照明スポットを走査することができる。好ましい実施形態では、単一のスポット光源（レーザーなど）が使用される場合、拡散器が光路に配置され、複数のピクセルがＬＣＯＳ上で照明される。代替的には、拡散器やその他の非画像化部品を使用せずに、ＬＣＯＳを（平坦または曲面）反射レンズと、画像化光学系すべての光路によって集光状態で保持されたレーザーとで置き換えてもよい。
【0038】
図４Ａ～４Ｃの構成では、（瞳５５とレンズ５４との間の比較的短い距離の結果として）画像平面５６と瞳画像５２との間の距離が比較的長くなり、それゆえ、この構成は図１Ａに記載されるような対角結合により適していることが明らかである。
【0039】
図５Ａでは、射出瞳６５はレンズ６４からさらに離れている。したがって、図４Ａの構成と比較して、走査ミラー６３は６６での画像からより短い光路で配置される。図５Ｂに示されるように、ここで、射出瞳６５は、ＰＢＳ４０ａを通過する光路を追加しなくても平面６２に再集光される。この構成は、図３Ｂに示されるものと同等であり、図１Ｂに示される結合装置を実装するときに有用である。
【0040】
図５Ｃおよび５Ｄはミラー６２の走査を示すので、光源６１は、瞳６５を出射するときに、またはＬＣＯＳ６６を照明するときに、フィールドの様々な角度点を照明する。
【0041】
前述のように、（空間光変調器なしで）静的ミラーを６６に配置し、小スポット照明光源（レーザービーム、Ｓ－ＬＥＤ、端面発光ダイオードなど）からの集束ビームを使用することもできる。焦点面に焦点を合わせた照明スポットが画像のピクセルの寸法以下の場合、走査によってのみ効率的な画像生成が可能である。
【0042】
瞳画像化を行わない単軸スキャナ
図６Ａおよび６Ｂは、図１Ｂに記載されるような垂直結合を備えるプロジェクタの光学装置を示す。図６Ａは側面図を示し、図６Ｂは底面図を示す。この場合、導波路１４は３２によって示された入射瞳を有する。反射ミラー１８の結合方向は、プロジェクタのＰＢＳの向きに垂直であるため、図６Ｂの底面図でより良好に参照することができる。
図６Ａおよび６Ｂは、図１Ｂに記載されるような垂直結合を備えるプロジェクタの光学装置を示す。図６Ａは側面図を示し、図６Ｂは底面図を示す。この場合、導波路１４は３２によって示された入射瞳を有する。反射ミラー１８の結合方向は、プロジェクタのＰＢＳの向きに垂直であるため、図６Ｂの底面図でより良好に参照することができる。
【0043】
好ましい実装のためにこれまでに設定された原理によれば、（光線焦点１６６Ｃとして示される）導波路の入射瞳３２は、（図４Ｂおよび５Ｂに示されるように）走査ミラー１６２上に画像化される。しかしながら、スキャナが一次元でのみ走査し、走査軸が図６Ｂの破線によって示されるようなものである場合、好適な導波路構成を選択すれば瞳画像化要件を緩和することができる。この例では、瞳の画像は（ミラー１６２上ではなく）１６６Ｄ上に存在する。この場合、走査によってプロジェクタからの射出瞳が矢印３６に沿って移動する（図２Ｂ）。この種の導波路に沿った瞳の動きは、導波路が二次元に瞳を拡大させる限り、結合効率を低下させない。
【0044】
分離した瞳
以下でより詳細に説明されるような本発明の特定の実施形態では、典型的にはラスターパターンで画像平面を横切って照明光による２次元の走査を実行することが望ましい場合がある。ここで、第１の（より迅速な）走査方向は主走査方向と呼び、この主走査方向に垂直な方向は副走査方向と呼ぶ。２軸走査は単一のミラーを使用して実行され得るが、多くの場合、各々が単一軸を中心に傾斜する独自のアクチュエータを備える２つの分離した走査ミラーを採用することによってコストを削減し、信頼性を向上させることができる。２つの単軸スキャナが使用される場合、これらの２つの軸ミラーを射出瞳の画像である単一平面に配置することは不可能である。本発明の一態様によれば、各単軸走査ミラーを対応する軸の有効導波路瞳の画像を含む平面に実質的に配置することができる。２つの異なる軸に対する導波路瞳のこれらの別個の位置は、図２Ａではエッジ２６および２８として、図２Ｂでは次元３４および３５として例示される。
以下でより詳細に説明されるような本発明の特定の実施形態では、典型的にはラスターパターンで画像平面を横切って照明光による２次元の走査を実行することが望ましい場合がある。ここで、第１の（より迅速な）走査方向は主走査方向と呼び、この主走査方向に垂直な方向は副走査方向と呼ぶ。２軸走査は単一のミラーを使用して実行され得るが、多くの場合、各々が単一軸を中心に傾斜する独自のアクチュエータを備える２つの分離した走査ミラーを採用することによってコストを削減し、信頼性を向上させることができる。２つの単軸スキャナが使用される場合、これらの２つの軸ミラーを射出瞳の画像である単一平面に配置することは不可能である。本発明の一態様によれば、各単軸走査ミラーを対応する軸の有効導波路瞳の画像を含む平面に実質的に配置することができる。２つの異なる軸に対する導波路瞳のこれらの別個の位置は、図２Ａではエッジ２６および２８として、図２Ｂでは次元３４および３５として例示される。
【0045】
図７Ａは、２つの傾斜ミラーアセンブリを備える例示的なシステムを示し、傾斜ミラーアセンブリは２つの異なるミラー３０２、３０４を含み、各々はドライバ（図示せず）の一部として独自のアクチュエータを有する。光が光源３００から発生し、第１の走査ミラー３０２次いで第２の走査ミラー３０４上に反射される。次に、光は、ＬＣＯＳ（またはミラー）３０６およびコリメートレンズ３０８に進み、その後、導波路（図示せず）に投射され、そこで、折り返しミラー１８次いで導波路入口３１２上に衝突する。このシステムは、導波路への２つの効果的に特有な入射開口を有するシステムの他の例である。照明が導波路内でガイドされる次元の入射瞳の寸法は、（図１Ｂのエッジ３４に対応する）導波路開口３１２によって定められる。一方、（図示平面に垂直な）横次元の瞳ストップは、折りたたみミラー１８に位置するように設計することができる（ただし、他の位置も可能である）。
【0046】
図７Ｂは、折り返しミラー１８上の点が走査ミラー３０２に画像化されていることを示す。したがって、走査ミラー３０２の走査軸は、ページに対して水平となり得る（一点鎖線で示される）。図７Ｃは、瞳面３１２上の点が走査ミラー３０４上に画像化されていることを示す。したがって、走査ミラー３０４は、図示の平面に垂直な回転軸を用いて実装され得る。
【0047】
二重瞳画像化
図７Ａのアプローチの代替として、本発明の別の態様によれば、２軸走査は、相互の分離したミラー上に射出瞳３１２を２回画像化することによって有利的に達成され得る。図７Ｄは、第１の瞳画像４２Ｖ（垂直スキャナ）が別の瞳画像４２Ｈ（水平スキャナ）にどのように再画像化されるかを概略的に示す。
図７Ａのアプローチの代替として、本発明の別の態様によれば、２軸走査は、相互の分離したミラー上に射出瞳３１２を２回画像化することによって有利的に達成され得る。図７Ｄは、第１の瞳画像４２Ｖ（垂直スキャナ）が別の瞳画像４２Ｈ（水平スキャナ）にどのように再画像化されるかを概略的に示す。
【0048】
図７Ｅおよび７Ｆは二重瞳画像化を含む光学装置を示し、ここでは点光源３００が空間画像変調器を用いずに画像を走査している。図７Ｅでは、射出瞳３１２からの点が第１の垂直走査ミラー４２Ｖに画像化され、水平走査ミラー４２Ｈに再画像化されている。図３１２は、点光源が射出瞳３１２でコリメートされていることを示す。このアーキテクチャは、画像を生成するために変調される単一のレーザーまたは他の単一ピクセルの照明光源を用いて走査するときに有利的に使用され得る。代替的に、様々な多光源の照明スキームで有利的に使用することができ、以下で説明する様々な「間隔を空けた光源」の照明スキームに特に適している。
【0049】
走査照明スキーム
この時点まで、主画像生成機構として、または、空間光変調器と組み合わせて使用するために、走査照明の能力を提供するための複数の新規の光学装置が提示されてきた。以下に提示される複数の特定の実装は、上記の光学装置のうちの１つ以上によって促進され、かつ、それらを使用して有利的に実装され得る。
この時点まで、主画像生成機構として、または、空間光変調器と組み合わせて使用するために、走査照明の能力を提供するための複数の新規の光学装置が提示されてきた。以下に提示される複数の特定の実装は、上記の光学装置のうちの１つ以上によって促進され、かつ、それらを使用して有利的に実装され得る。
【0050】
最初に、図１１は一般に８００で示される画像プロジェクタの主要部品を示すブロック図であり、この画像プロジェクタは出口ストップを介して光ガイド光学素子（導波路入口８０２）の入力ストップに導入するためのコリメート画像を投影するために、概して８００に指定される。コリメート画像は、画像入力８０４としてシステムに提供される、所定の所望の視野を有するデジタル画像を示す。一般的に、画像プロジェクタ８００は、ここでは光源１、２・・・ｎとして番号が付与された複数の照明光源８０８を含む照明装置８０６を備える（ただし、特定の実装では２つの照明光源しか有しない場合がある）。使用される照明光源８０８の型、およびそれら光源の相対的な配置は、各アプリケーションの文脈内で以下で詳細に考察されるであろう。走査装置８１０は少なくとも１つの傾斜ミラーアセンブリ８１２を含み、該傾斜ミラーアセンブリ８１２は、ミラー８１４と、そのミラー８１４の傾斜動作を駆動するためのドライバ８１６とを有する。傾斜ミラーアセンブリは、当技術分野で周知の一連の市販品を使用して実装してもよい。２軸走査が必要な場合、同じく市販されている２軸傾斜ミラーアセンブリを使用するか、または、主走査機構として単軸傾斜ミラーアセンブリ８１２、さらに、独自のミラー８２０およびドライバ８２２を備えた二次傾斜ミラーアセンブリ８１８を使用してもよい。
【0051】
（すべてではないが以下に詳述するような）本発明の様々な態様では、空間光変調器（ＳＬＭ）８２４も採用される。このＳＬＭ８２４は、当該技術分野で周知のように、すべて好適なドライバ回路８２８によって駆動され、かつ、個別に制御されるピクセルアレイ８２６内のピクセル素子を有する。ＳＬＭには、例えば、送信構成用のＬＣＤや、反射構成用のＬＣＯＳまたはＤＬＰデバイスなど、任意の好適なテクノロジーが適用されてもよい。いずれの場合も、ＳＬＭ自体は典型的には市販の汎用品である。
【0052】
コントローラ８３０は、典型的には１つ以上のプロセッサ８３２と、少なくとも１つのデータ記憶装置８３４とを含み、さらに、空間光変調器８２４（存在する場合）と、傾斜ミラーアセンブリドライバ８１６（および存在する場合は８２２）と、照明装置８０６と、電子接続して設けられる。コントローラ８３０は、当技術分野で知られているように、専用回路、好適なソフトウェアの下で動作する汎用プロセッサ、ハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアの他の任意の組み合わせを使用して実装されてもよい。さらに、コントローラ８３０の構造および機能は、１つ以上の物理サブシステム間で細分されてもよく、その機能のいくつかは、リモートデバイス、および／または、仮想マシンまたは他の方法で定義された「クラウド」コンピュータの動的に割り当てられたリソースよって実行され得る。
【0053】
様々な部品間の光学的関係は、複数の光学素子（典型的には、反射および／または屈折レンズ、ミラー、ビームスプリッタ、１／４波長板、光学配列の部品を維持する表面を定義する透明ブロックに基づくコリメート光学系および照明光学系を含む）を含む光学装置８３６によって定義される。本発明の様々な態様を実施するための好適な光学装置の例は、上記のように、図３Ａ～７Ｃの設計に存在し得る。
【0054】
一般に、光学装置８３６の様々な素子は、複数の照明光源８０８からミラー８１４（および存在する場合は８２０）に向けて照明を誘導し、１つまたは複数のミラーから反射された照明光をＳＬＭ８２４（ここで、存在する）に誘導し、さらに、ＳＬＭ８２４からの照明光をコリメートして、出口ストップおよび導波路入口に誘導されたコリメート画像を生成するように配置される。
【0055】
本発明は、屈折光学部品および自由空間光学系のみを使用して実装することができるが、照明光学系と出口ストップとの間、最も好ましいのは照明ストップから出口ストップまでの光路にエアギャップの存在しない実装を採用することが好ましいと考えられ、照明ストップから出口ストップまでの光路にエアギャップの存在しない実装を採用することが最も好ましいと考えられる。光パワーを有する素子のすべてではないが、少なくともいくつかが反射レンズとして実装されることが好ましい。本明細書で記載されるデバイスの光路は、典型的には、レーザー光源および走査ミラー部品などの特定の部品を含み、これらは本質的にいくつかの内部空間を含む。しかしながら、ここでも、部品はカプセル化された部品であり、「部品間のエアギャップ」、すなわち、カプセル化された部品内の内部空間以外のエアギャップが存在しない状態で光学システムの残りの部分と一体化され得ることが好ましい。部品間のエアギャップのないアーキテクチャを使用することにより、環境の変化やシステム内への汚れの侵入による、時間の経過に伴う性能の低下を最小限に抑えることに有効である。
【0056】
本明細書に記載されたような本発明の様々な実装には、独立して制御可能な（すなわち、強度が変調された）複数の照明光源が採用され、その各々は複数のピクセル素子を瞬間的に照明しながらＳＬＭを横切って走査する。言い換えれば、各照明光源からの照明光は、空間光変調器の複数のピクセル素子を照明する照明光のパッチを生成し、各パッチの照明光の強度は走査装置がＳＬＭを横切って照明パターンを移動させるにつれて変動する。２次元ピクセルアレイが異なる領域を順次照明した結果、様々な方式で照明電力が節約可能となる。第１に、画像の内容が不要な領域では照明光源を作動させる必要がないため、大幅に電力が節約される。このような用途の例は、表示領域の多くを非活性状態に保持する拡張現実の用途であり、現実世界を邪魔されずに鑑賞することを可能にし、ディスプレイの選択された領域のみが活性化して拡張現実の内容を提供する。
【0057】
他の状況、ディスプレイの領域が活性化された状態であっても、ディスプレイの部分最大強度の要件によってはディスプレイの電力を節約することができる場合がある。具体的には、本発明の特定の実装のさらなる態様によれば、ディスプレイコントローラは以下のように構成される。（ａ）二次元配列の領域の各々の対応するデジタル画像の一部におけるデジタル画像のピクセルの最大要求強度を決定する。（ｂ）該領域内に対応する最大必要強度を生成するのに十分な、該領域の少なくとも１つに対する減少した照明レベルを決定する。（ｃ）該低減された照明レベルに基づいて必要な投影画像強度を生成するために、少なくとも１つの領域内のピクセルについて修正されたピクセル強度マップを生成する。（ｄ）少なくとも１つの領域内のピクセル素子が修正されたピクセル強度マップに従って作動させた状態で、照明装置を作動させて該低減された照明レベルで該少なくとも１つの領域を照明する。
【0058】
この特徴は、１次元の走査パターンを参照してここに示されるが、より複雑な照明走査パターンについても同様に実装可能である。図１２は、視野９０８上に表示するための入力画像に対応する単純パターン９００を（例示目的で）を示す。入力画像は、視野９０８に渡って可変の画像強度を有する。ここでは、暗い画像ほど高い強度を示す。この画像は単色用であり、３つのそのような画像はすべての色に対してそれぞれフレームを生成する。破線は、図の異なる表現間の特徴を容易に参照するためのものである。なお、本明細書で「視野」を使用する場合は、プロジェクタの出力瞳でのコリメート画像内の画像のピクセルの角度の範囲（角度視野）の意味と、（ＬＣＯＳ表面などの）画像平面の空間フィールドの意味と同義で用いられる。
【0059】
ＬＣＯＳを一定の最大強度のビームで走査する場合、パターン９００に示されるような画像はそのままロードされ、最大強度のビームでの走査によって所望の出力画像が生成される。別の方法として、本発明の一態様によれば、グラフ９０２は、図９００の各列の「最大必要強度」を示す。次に、ＬＣＯＳを横切って走査する照明パターン（ここでは主走査方向に垂直な一次元にまたがる線と想定する）としてこのパターンを使用して、レーザー強度の対応するプロファイルを設定する。照度が低下している領域では、ＬＣＯＳ８２４で必要な減衰量が少なくなる。画像９０４は、ＬＣＯＳ全体で得られた照明強度を示す。（アレイの領域９０５ａを網羅する）走査の開始時には、レーザーの照明は行われない。領域９０５ｂでは、「低減された照明レベル」に対応する中間強度が使用される。領域９０５ｃは最大強度で照明され、最後のセクション（領域９０５ｄ）では照明が不要である。
【0060】
画像９０６は、９０６の修正されたピクセル強度と、９０４からの所与の列（またはより一般的には照明領域）の照明レベルとの積が所望の出力画像強度９００を生成するように、修正版ピクセル強度マップに対応する。したがって、画像９０６（ＬＣＯＳにロードされた実際の画像）は、必要な画像９００を照明画像９０４で除算することによって生成される。
【0061】
実際、各照明領域は典型的には走査方向の複数の列を同時に包含し、その結果、照明出力が階段関数によって駆動される場合でも各列の照明の強度は照明ラインが通過するときの照明光の積分となるため、照明画像９０４は通常では段階的な遷移によって滑らかになる。所望の出力画像９００を照明レベル９０４で除算した、ロードされた画像９０６の計算結果は依然として有効である。いずれの場合も、コントローラ８３０は、ミラー８１４の傾斜動作と同期した照明光源８０８の各々の強度変調と協調して空間光変調器８２４を駆動することにより、デジタル画像の複製を生成する。
【0062】
ソースのベクトル
本発明の特定の実装において、複数の照明光源８０８は少なくとも１群の個別に制御される照明光源を含む。照明光源は実質的に連続した照明パターンを生成し、該照明パターンは視野の主走査方向の次元に垂直な該視野の一次元の少なくとも一部、場合によっては全体に渡ってまたがる。これによって、走査装置に必要な要求繰り返し周波数または走査動作速度を低下させる。
本発明の特定の実装において、複数の照明光源８０８は少なくとも１群の個別に制御される照明光源を含む。照明光源は実質的に連続した照明パターンを生成し、該照明パターンは視野の主走査方向の次元に垂直な該視野の一次元の少なくとも一部、場合によっては全体に渡ってまたがる。これによって、走査装置に必要な要求繰り返し周波数または走査動作速度を低下させる。
【0063】
図８Ａは、光源（例えば、５１または６１）からの光が、ＬＣＯＳ活性領域２５８（５６または６６）を横切って画像化されるように、線状または他の長方形の形状２６０として分布するアーキテクチャを示す。この線状の分布は、走査ミラーの前方または近くの光路に沿って配置された楕円形の拡散板によって生成することができる。また、レーザーのファセット放射出力をＬＣＯＳに画像化することによって、または上記の組み合わせによっても生成することもできる。
【0064】
ここで、および、他の例で、照明光源８０８はレーザーであることが最も好ましく、好適な光学系によって走査ミラー８１４上にコリメートされる。走査ミラー８１４は高速ミラーとして（通常はＭＥＭＳ技術を使用して）実装されることが好ましい。また、ＳＬＭが適切に照明している限り、非コリメート照明光を使用してもよい。スポットサイズは、任意の瞬間に比較的多数のピクセルを包含するのに十分な大きさであることが好ましく、典型的には少なくとも１０ピクセル、好ましくは少なくとも１００ピクセル、そしていくつかの好ましい場合には少なくとも１０００ピクセルまたは１０，０００ピクセルを超える（例えば、１００×１００ピクセル以上）を包含する大きさである。これによって走査速度の要件を軽減する。照明スポットの形状は、例えば、光源８０８から出射されるビームの形状、光源コリメート光学系の光学特性、走査ミラーへの拡散器の配置、および／または照明光路への拡散器の配置によって変更することができる。拡散器を使用する場合、ＲＰＣフォトニクス社（米国のニューヨーク州）から市販されているものなど、出力光の角度分布を特別に選択する構造であることが好ましい。
【0065】
図８Ａに示される単一の光源とは異なり、図８Ｂ～８Ｄはより好ましい実装を示し、ここでは少なくとも一群の個別に制御される照明光源が、視野の主走査方向の次元に垂直な該視野の一次元の少なくとも一部、場合によっては全体に渡ってまたがる実質的に連続した照明パターンを生成する。この場合、走査動作は、個々の照明光源からの照明パッチが画像視野全体を走査しないが、走査運動と共に（任意の所与の色に対する）複数の照明光源が（各色に対して）ＳＬＭ８２４の活性領域全体を確実に包含するようなものであることが好ましい。
【0066】
図８Ｂは、レーザー６００のアレイ（この場合、ソース面５１または６１に一列に配置された３つのレーザー）の照明分布を示す。ここで、すべてのレーザーはそれぞれにＬＣＯＳの一次元の単に一部にすぎないストリップまたはパッチを照明するが、これらは共同してＬＣＯＳの一次元の全体に渡ってまたがる。これにより、傾斜ミラーアセンブリ８１２による単純な１軸走査を使用して、ＳＬＭの活性領域全体を網羅することができる。各ストリップまたはパッチは、ＬＣＯＳの複数のピクセルを同時に照明する。各レーザーの強度は、対応するストリップまたはパッチで必要な最大画像強度に応じて変調され、ＬＣＯＳピクセルの強度は、上記で図１２を参照して説明したように、照明強度に従ってスケーリングされた所望のピクセル強度を提供するために変調される。したがって、特定の位置の特定のレーザーに対応する領域内の最大ピクセル強度が最大強度の６０％である場合、対応するレーザーは６０％の強度で作動することが好ましい。一方で、６０％の強度のＬＣＯＳピクセルは（最大）強度の１００％で作動し、４０％の強度出力を必要とするピクセルは６６％の強度で作動する。隣接領域に８０％の強度を必要とするピクセルがある場合、対応するレーザーは８０％の強度で作動することが好ましく、４０の強度を必要とするその領域の任意のピクセルは５０％の輝度レベルで作動されるであろう。
【0067】
同一の原理が連続した走査動作が使用される少しより複雑な計算にも適用することができ、全体的なピクセル強度は、レーザー照明パターンが特定のピクセルを通過する期間の照明強度の積分と、ピクセルの強度の設定とに依存する。上述したように、長方形または楕円形（または示されるように円形）の拡散板を使用して、各レーザーの照明パターンを生成することができるが、図８Ａよりも角度の発散が小さい。
【0068】
機械的な制約によってレーザーを並べて配置できない場合は、図８Ｃに概略的に示すように、スタガー構成を使用してもよい。異なる色（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に異なるアレイが必要な場合は、スタガー配置も可能である。この場合、線形走査動作は、各照明領域がＬＣＯＳの活性領域全体を横切って走査するのに十分な長さを有する必要がある。
【0069】
図８Ｄは、スタガー構成が２Ｄ走査にも使用され得、それによってスキャナの第２の軸の走査速度を低下させることができることを概略的に示す。
【0070】
光源の画像がＬＣＯＳの相当の領域を包含する場合、スキャナはステップおよび照明モードで活性化することができる。
【0071】
ここで、レーザーは高輝度光源を指す。例えば、放射角度の小さい明るいＬＥＤ（Ｓ－ＬＥＤまたは端面発光ＬＥＤなど）も使用することができる。
【0072】
間隔を空けた光源の走査
上記の連続的にグループ化された照明パターンへの追加または代替として、本発明の別の態様によれば、本発明の特定の実装に離間した照明光源を適用する。この照明光源は、投影される画像の視野に渡って必要な走査動作の角度範囲を低減する。具体的には、離間した照明光源を使用することによって、照明光源の各々からの照明光が視野の一次元の一部のみを走査する一方で、複数の照明光源からの照明光が共同で一次元の全体を横切って走査するように傾斜ミラーアセンブリ８１２の傾斜動作を低減することができる。
上記の連続的にグループ化された照明パターンへの追加または代替として、本発明の別の態様によれば、本発明の特定の実装に離間した照明光源を適用する。この照明光源は、投影される画像の視野に渡って必要な走査動作の角度範囲を低減する。具体的には、離間した照明光源を使用することによって、照明光源の各々からの照明光が視野の一次元の一部のみを走査する一方で、複数の照明光源からの照明光が共同で一次元の全体を横切って走査するように傾斜ミラーアセンブリ８１２の傾斜動作を低減することができる。
【0073】
この特徴として初めに、本発明を特定の理論的根拠に限定することなく本発明の理解を容易にする目的で、プロジェクタの走査ミラーは典型的にはシステムのエタンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）（角度および空間サイズの積）を保存する必要がある。例えば、導波路への入射瞳が２．５ｍｍで、導入される画像の画角が４０°の場合、エタンデュは次のようになる。
２．５［ｍｍ］×４０［ｄｅｇ］＝１００［ｍｍ ｄｅｇ］
２．５［ｍｍ］×４０［ｄｅｇ］＝１００［ｍｍ ｄｅｇ］
【0074】
走査ミラーは、大きさと傾斜角度との積が同じ値になるようにすることで、このパラメータを満たす必要がある。例えば、２ｍｍの開口を持つミラーは、次の光学的走査角度を有する必要がある。
１００［ｍｍ ｄｅｇ］／２［ｍｍ］＝５０［ｄｅｇ］
１００［ｍｍ ｄｅｇ］／２［ｍｍ］＝５０［ｄｅｇ］
【0075】
しかしながら、多くの場合、同一部品で大口径と大きな角度の走査を得ることは困難である。本発明の一態様によれば、間隔を置いた光源を使用して画像フィールドをセグメント化し、それによって走査ミラーのエタンデュ要件を緩和する。この構成は、前述のように画像生成マトリックス（ＬＣＯＳ）への照明、または、画像のレーザーによる点走査に適用することができる。なお、走査されたレーザーの点照明光の変調は唯一の画像生成機構である。図９Ａは、図７Ａと類似のアーキテクチャを示し、レーザー光源６３０Ａ、６３１Ａ、および６３２Ａは個別に変調された同等のレーザー光源であり、表面６３６は、ＳＬＭのない反射ミラー（またはレンズ）である。このようにして、瞳３１２を出射して導波路に入射するときに、レーザービームがコリメートされる。スキャナ３０４および３０２は、（図７Ａを参照して上で説明したような）適切な瞳画像位置に配置され、適切な大きさを有する。
【0076】
図９Ｂに示すように、同等のレーザー光源は画像フィールド６４０の異なるサブフィールド内の点６３０Ｂ～６３２Ｂを（それぞれ）照明する。フィールド６３０Ｂ、６３１Ｂ、および６３２Ｂ内の点は、対応するレーザーによって生成されるような開口３１２内の角度照明点（可能な限り小さいサイズであり、画像の鮮明さを定義する）である。これらのスポットは、曲線の矢印で概略的に示されるように、フィールドを横切って走査される。３×１レーザー照明の配置により、画像フィールド６４０がすべてのレーザーに関連付けられた（この例では）３つの小さなサブフィールドに分離され、破線の長方形として表示される。その結果、ミラー３０４（高速主スキャナ）の必要な角度走査振幅は３分の１に減少し、５０／３＝１７度の光偏向（左右）である。走査中、特定のレーザーによって走査されている画像の適切な部分を生成するために、すべてのレーザーが個別に変調される。
【0077】
図９Ｃでは、３×２配置が示されているので、（ミラー３０４による）水平角度画像走査は再び３で分割され、ミラー３０２による垂直走査は２で分割される。
【0078】
図９Ｄは、角度分離される色源を示す。ここで、カラーレーザー６３７Ｒ、６３７Ｇおよび６３７Ｂは（例えば、平面３００内の空間的位置によって）分離されている。走査ミラーは、すべてのサブフィールドと色に対して画像全体に渡る照明角度点を同時に走査する。
【0079】
図９の複数の分離されたレーザーは各々、全体的な画像輝度のサブセクションのみを提供するものであり、したがって、目の安全レベルを超えることなく、より高い輝度のディスプレイ出力を提供することができる。
【0080】
（ＬＣＯＳを用いない）直接レーザー照明を備えるシステムでは、３００でのレーザーは、光学系のフィールド曲率に応じて湾曲プロファイル上に配置することができる。具体的には、すべてのレーザーは有利的にはその割り当てられたサブフィールドの平均焦点距離に配置される。このようにして、フィールド曲率のかなりの部分を補償することができる。
【0081】
本発明のこの態様は直接走査画像生成機構を実装するのに好適であるが、そのような用途に限定されるものではない。この態様は、平面６３６に配置されたＳＬＭの一群（複数）のピクセルを照明する、上記の原理に従って有利的に使用することもできる。この場合、前述の離間した照明光源の各々は、有利的には、視野の主走査方向の次元に垂直な該視野の少なくとも一部に渡ってまたがる実質的に連続した照明パターンを生成するために協働する一群の照明光源の一部である。
【0082】
ソースの切り替え
ここで図１０Ａ～１０Ｄを参照すると、傾斜ミラーアセンブリを使用して異なる色の照明光源を切り替える本発明のさらなる態様が示される。具体的には、ここでの複数の照明光源８０８は異なる色の照明光源を含む。コントローラ８３０は走査装置ドライバ８１６を駆動してミラー８１４を少なくとも第１の位置と第２の位置との間で変位させて、照明光の色を切り替える。ここで、第１の位置では空間光変調器８２４が照明光源の第１の照明光源によって完全に照明され、第２の位置では空間光変調器が照明光源の第２の照明光源によって完全に照明される。また、コントローラ８３０は、照明の色の切り替えに同期して空間光変調器８２４を作動させて、照明の色の各々についてのデジタル画像の対応する内容を生成する。これにより、異なる色の照明光源を混合するために光導波管または拡散器の採用が不要となる。
ここで図１０Ａ～１０Ｄを参照すると、傾斜ミラーアセンブリを使用して異なる色の照明光源を切り替える本発明のさらなる態様が示される。具体的には、ここでの複数の照明光源８０８は異なる色の照明光源を含む。コントローラ８３０は走査装置ドライバ８１６を駆動してミラー８１４を少なくとも第１の位置と第２の位置との間で変位させて、照明光の色を切り替える。ここで、第１の位置では空間光変調器８２４が照明光源の第１の照明光源によって完全に照明され、第２の位置では空間光変調器が照明光源の第２の照明光源によって完全に照明される。また、コントローラ８３０は、照明の色の切り替えに同期して空間光変調器８２４を作動させて、照明の色の各々についてのデジタル画像の対応する内容を生成する。これにより、異なる色の照明光源を混合するために光導波管または拡散器の採用が不要となる。
【0083】
図１０Ａは、走査ミラー５０６の第１の位置を示す。この位置では、中央のＬＥＤ６６０がＬＣＯＳ５０７に画像化される。図１０Ｂは、中央のＬＥＤ６６０上のＬＣＯＳ６８０のフットプリントを示し、好ましくは、ＬＥＤ６６０による完全フレーム照明を提供する。
【0084】
図１０Ｃは、第２の位置で傾斜した走査ミラー５０６を示す。この状態では、図１２Ｄのフットプリント６８０によって示されるように、（例えば、異なる色を有する）ＬＥＤ６７０が活性化され、ＬＣＯＳ５０７上に画像化される。この照明スイッチは、対応する色分解画像のＬＣＯＳへのロードと同期している。異なるカラーＬＥＤ間の照明切り替えの高速シーケンスと適切な画像のロードにより、認識可能なフルカラー画像が生成される。
【0085】
オプションとして、ＬＥＤ構成は３つのＲＧＢのＬＥＤに加えて白色ＬＥＤ（図示せず）を含むこともできる。
【0086】
ＬＥＤ６５０、６６０および６７０の一部またはすべては、マトリクス状の単色ミニＬＥＤと交換することができ、それにより、色ごとに順次選択的照明を達成することができる。この場合、ＬＣＯＳへのロードと同期して、適切な照明パターンが照明マトリックスにロードされる。
【0087】
ＬＥＤ６５０、６６０および６７０の一部またはすべては、レーザー照明用拡散器と交換することができ、それにより、ミラー５０６が各レーザー照明中にわずかに振動してスペックルを排除しながら、よりコリメートされた照明（より少ない損失）を達成する。
【0088】
上記の説明は単に例として意図されており、添付の特許請求の範囲で確定されるような本発明の範囲内で他の多くの実施形態が可能であることを理解されたい。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11】
【図12】
