光学系及び光学的方法

专利摘要:
コヒーレント光源（１０１）及び該光源からの光をターゲット（１００１）に向け供給する光学素子を備える光学系（１００）である。前記光学素子は、前記光源からの光のコヒーレンスボリュームを縮小するように構成された拡散素子（１４１，１６１）と可変光学特性素子（１５１）とを含む。制御システム（１０２１）が、時間とともに異なるスペックルパターンがターゲット（１００１）に照明センサ又は観察者の目（１０１１）の時間的分解能より高い時間周波数で形成されるように前記可変光学特性素子を制御するため、観察照明におけるスペックルコントラスト比が低減される。前記可変光学特性素子（１５１）は薄い振動板又は膜を備える変形可能ミラーとすることができる。
公开号:JP2011507042A
申请号:JP2010538470
申请日:2008-12-18
公开日:2011-03-03
发明作者:スカリ オマー；デスチャーメス ニコラス；パトリック；シェブリン ファーガル
申请人:オプティカ・リミテッド；
IPC主号:G02B27-48

专利说明:

[0001] 本発明は、空間的及び／又は時間的にコヒーレントな光源を用いる照明システムの分野に関する。より詳しくは、本発明は、コヒーレント光源で表示される画像、照明される区域及び取得される画像に観測されるスペックル及び／又は他の干渉パターンの低減に関し、特に変形可能なミラーを用いるスペックルの低減に関する。]
背景技術

[0002] スペックル及び／又は他の干渉パターンは、空間的に及び／又は時間的にコヒーレントな光が粗い表面の透過又は粗い表面からの反射により散乱されるとき、建設的干渉及び相殺的干渉により発生する。この点に関し、「スペックル」は干渉パターンと同義であるとみなす。「コヒーレント」は空間的に及び／又は時間的にコヒーレントであることを意味すると理解する。「コヒーレンスボリューム」はスペックルが発生し得る光ビーム内の相関領域を意味するものとして使用する。]
[0003] スペックルは画像内容に無関係の明暗の斑点及び／又は構造的アーチファクトとして現れ、画質を悪化させ得る。スペックルは、プロジェクタ、リアプロジェクションテレビジョン、ニア・ツー・アイディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ及びヘッドアップディスプレイ等の画像表示システムにおける心配事である。スペックルは、ラマン顕微鏡、共焦点顕微鏡及び蛍光顕微鏡等の画像取得システムにおける心配事でもある。]
[0004] スペックルを低減する既知の方法は、Ｎ個の無相関のスペックルパターンを重畳してスペックルコントラスト比（強度の標準偏差／平均強度）のsqrt(N)までの低減を達するものである。互いに無相関のスペックルパターンは、照明ビーム内の光線が適切な反射特性、屈折特性又は回折特性を有する光学素子の透過中又はそれからの反射中に異なる光路を辿る際に形成され得る。使用する共通の光学素子は、照明ビーム内の光線の角度を分散させる拡散素子である。光学素子を動かすことによって、又はその特性を適切に変化させることによって、一連の無相関のスペックルパターンを時間とともに形成することができる。この光学素子の運動周波数又は特性の変化周波数が観察者の視覚の時間分解能又は画像収集のセンサの時間分解能より高い場合、無想間のスペックルパターンが重畳される。]
[0005] 特許文献１は、光線の角度を分散させるために照明ビームを横切って回転する屈折素子を開示している。特許文献２は、光線の角度を分散させるために照明ビーム内で機械的に振動する拡散素子を開示している。特許文献３は、光線の角度を分散させるために照明ビームを拡散素子を横切って走査させるチップ／チルト運動を有するミラーを開示している。]
[0006] 光学素子の回転、平行移動及び／又は振動に頼る解決方法と関連する問題は、サイズ、スケール、重量、コスト及び電力消費にある。多くの方法と関連する問題は、Ｎ個のスペックルパターン間に若干の相関があるためにスペックルコントラスト比の最大sqrt(N)低減を達成できないことにある。別の問題は、重畳できる画像の数Ｎを制限する時間的制約及び／又は他の制約がある場合には、スペックルコントラスト比の最大sqrt(N)低減が所望の画像又は照明品質を達成するのに不十分になり得ることにある。]
[0007] 特許文献４は、変形可能なミラーのような可変光学特性を有する素子を備える画像投影表示システムを開示しており、この表示システムでは、改善された投影画像品質又は強化された画像知覚を観察者に提供するために、可変光学特性を有する素子を用いて収差又は歪みを補正又は導入している。変形可能なミラーは、その形状、従って反射ビームの波面が変化されるように、ミラーを制御された態様で変形するために、一以上の静電アクチュエータにより駆動される。例えば、焦点補正光学の簡単な例では、アクチュエータを用いてミラーを所定の形状に引き伸ばして、ビームの波面を焦点が異なる位置に位置するように変更する。「適応光学」補正動作の場合には、ミラーの形状を対応変化させることによってビームの波面を補正するために、空間的に分布された多数の同時静電駆動が必要とされる。]
[0008] 特許文献５は、変形可能なミラー及び回折光学素子を用いるフォトリソグラフィ用の照明システム及び方法が開示され、このシステム及び方法では、変形可能なミラーが、レーザビームの波面を均一な照明が得られる形にするように構成され、回折又は拡散素子がスペックルを低減するよう運動するように構成される。]
先行技術

[0009] 米国特許出願公開第２００７／０２２３０９１号明細書
米国特許出願公開第２００７／０２５１９１６号明細書
米国特許第４，１５５，６３０号明細書
国際特許出願公開ＷＯ２００７／０４９２６３号明細書
カナダ国特許第２，１７７，２００号明細書]
[0010] 本発明の第１の態様によれば、コヒーレント光源と、前記光源からの光をターゲットに向け供給する光学素子であって、少なくとも一つの拡散素子及び可変光学特性素子を含み、前記光源からの光のコヒーレンスボリュームを低減するように構成された光学素子と、観察照明におけるスペックルコントラスト比を低減するために、前記ターゲットに時間とともに異なるスペックルパターンが照明センサ又は観察者の目の時間的分解能より高い時間周波数で形成されるように、前記可変光学特性素子を制御するように構成された制御システムと、を備える光学系が提供される。]
[0011] 好都合には、前記可変光学特性素子は２つの拡散素子の間に配置される。]
[0012] 有利には、前記可変光学特性素子は変形可能なミラーシステムを備える。]
[0013] 好都合には、前記変形可能ミラーシステムは空気圧で又は空気流で変調される。]
[0014] あるいは、好都合には、前記変形可能ミラーシステムは静電的、圧電的、電磁的、音響的、液圧的及び／又は機械的駆動により変調される。]
[0015] 好都合には、前記コヒーレント光源は複数のコヒーレント及び非コヒーレント光源を備える。]
[0016] 好都合には、前記ターゲットは画像形成装置である。]
[0017] 有利には、投影光学系により前記画像形成装置からの画像を拡大し別の位置へ中継する。]
[0018] 有利には、前記光学系は光ビームホモジナイザを備える。]
[0019] 好都合には、前記光ビームホモジナイザはフライアイレンズ、トンネルインテグレータ又は拡散素子である。]
[0020] 本発明の第２の態様によれば、光の所定の波長を反射するように被覆された薄い板又は膜と、前記薄い板又は膜の表面形状が連続的に弾性的に変形されるように前記薄い板又は膜に運動を与えるように構成されたアクチュエータ手段と、観察照明におけるスペックルコントラスト比を減少させるために、前記薄い板又は膜に一連の運動及び表面形状の変形を生じさせて前記薄い板又は膜から反射されるコヒーレント光によりターゲットに形成されるスペックルパターンを照明センサの時間的分解能より小さい時間周期に亘って変化させるべく前記アクチュエータを制御するように構成された制御システムと、を備える変形可能ミラーシステムが提供される。]
[0021] 好都合には、前記制御システムは前記表面形状の変形を前記ミラーシステムの共振周波数で生じる。]
[0022] 随意には、前記制御システムは前記表面形状の変形を固定の周波数で生じさせる。]
[0023] 随意には、前記期制御システムは前記表面形状の変形を種々の周波数で生じさせる。]
[0024] 好都合には、前記変形可能ミラーシステムはシステム動作を観測するセンシング手段を備える。]
[0025] 有利には、前記制御システムは、前記センシング手段の観測情報を用いて所望のシステム動作を維持するように閉ループ制御するように構成される。]
[0026] 好都合には、前記センシング手段は光電素子を備える。]
[0027] 好都合には、前記センシング手段は複数のセンサを備える。]
[0028] 好都合には、前記アクチュエータ手段は圧電アクチュエータを備える。]
[0029] 随意には、前記アクチュエータ手段は空気圧アクチュエータを備える。]
[0030] 随意には、前記運動は前記アクチュエータ手段により駆動される取り付けフレームにより前記薄い板又は膜に与えられる。]
[0031] 随意には、前記運動は空気流により前記薄い板又は膜に与えられる。]
[0032] 随意には、前記アクチュエータ手段は複数のアクチュエータを備える。]
[0033] 本発明は、図面を参照して以下にほんの一例として記載されるいくつかの実施例の説明からより明瞭に理解される。]
図面の簡単な説明

[0034] 本発明の一実施例による投射型ディスプレイシステム１００を示す。
前記システムの変形可能なミラー２００の種々の構成素子を示す。
フライアイ照明強度均一化及びビーム整形光学系を用いる投射型ディスプレイシステムの構成素子を示す。
フライアイ光学系及び３ソース画像形成用マイクロディスプレイを用いる投射型ディスプレイシステムの構成素子を示す。
５Ａ，５Ｂ及び５Ｃは本発明による変形可能ミラーセンシングシステムの種々の構成素子を示す。
拡散板として及び均一光強度分布のためにビーム整形ホログラフィック光学素子を用いる投射型ディスプレイシステムの構成要素を示す。
拡散板として及び均一光強度分布のためにビーム整形反射トンネルを用いる投射型ディスプレイシステムの構成要素を示す。]
実施例

[0035] 本発明は、空間的に及び／又は時間的にコヒーレントな光源で表示される画像、取得される画像又は照明される区域に観察されるスペックルを軽減するシステム及び方法を提供する。]
[0036] 本システムは、照明ビーム内の光線の光路を変化させて時間とともに形成されるスペックルを変化させる効果をもたらす、変形可能ミラーのような少なくとも一つの可変光学特性素子を備える。加えて、本システムは、照明ビームのコヒーレンスボリュームのサイズを縮小する効果をもたらす、拡散板又は光ファイバなどの少なくとも一つの不変光学特性素子を備えることができる。]
[0037] 図１は本発明の一実施例による投射型ディスプレイシステム１００を示す。一連の素子は、コヒーレント光源１０１，１０２及び１０３と、画像が投射される表面１００１との間の光路を規定する。コヒーレント光源１０１，１０２及び１０３は赤色、緑色及び青色半導体レーザダイオードとすることができ、例えばアラソア社／ノバラックス社のNECSELダイオード又はフィリップス−ルミレッズ社のLuxeonLED（発光ダイオード）又は半導体レーザダイオード及び／又は発光ダイオードとフィリップスエレクトロニクス社のＵＨＰ（超高圧）アークランプとの組み合わせとすることができる。コヒーレント光源１０１，１０２及び１０３はフリービーム光源又はファイバ結合光源とすることができる。コヒーレンスボリュームのサイズを縮小するために光路にマルチモードファイバ又は複数ファイバの束(図示せず)を用いることができる。] 図１
[0038] ソース画像形成装置１８１は、光源１０１，１０２及び１０３の任意の組み合わせをターンオン及びオフする又は選択的にフィルタリングすることによって順次に照明されて画像のカラーフィールドを形成することができる。ソース画像形成装置１８１はピクセル化されたマイクロディスプレイ、例えばテクサスインスツルメント社のＤＭＤ(digital micromirror device)ディスプレイパネル、ソニー社のSXRD LCOS(Liquid crystal on silicon)ディスプレイパネル又はエプソン社のＨＴＰＳ(high-temperature polysilicon)ＬＣＤ(liquid crystal display)とすることができる。]
[0039] 光学系１１１，１１２及び１１３は光源１０１，１０２及び１０３からの光を集光し、インテグレータ光学系又はホモジナイザ１３１に向ける。光ビームホモジナイザはフライアイレンズ、トンネルインテグレータ又は拡散板とすることができる。]
[0040] 光源１０１，１０２及び１０３からの光ビームは適切なダイクロイック反射器１２１及び１２２、例えばエリコンバルザース社製のダイクロイック反射器と整列している。インテグレータ光学系１３１は照明ビームの断面の光強度分布をより均一にする。インテグレータ光学系１３１はエリコンバルザース社製のライトトンネルなどの積分反射トンネル又はフライアイレンズアレイを内蔵するものとし得る。]
[0041] 光学系１４１及び１６１は、照明ビーム内の光線角度を分散させる第１及び第２の拡散板として作用する不変光学特性素子を備える。これらの光学系は単一の拡散素子又は複数の拡散素子の積層体を備えるものとし得る。光学系１４１及び／又は１６１はエドモンドオプティクス社製の光整形ホログラフィック拡散板又は回折光学素子とし得る。公称最大拡散角度は照明系から失われる光がほんの少しになるようにする。不変光学特性素子の代替例はフライアイレンズ及びトンネルインテグレータであり、光学素子１４１又は１６１は例えばフライアイレンズ又はライトトンネルとすることができる。]
[0042] 可変光学特性素子１５１は、拡散板１４１及び１６１の間に位置し、制御システム１０２１で制御される変形可能ミラーである。]
[0043] 光学素子１７１は第２の拡散板１６１からの照明ビームをソース画像形成装置１８１に向け供給する。投影光学系１９１はマイクロディスプレイからのソース画像を拡大し、スクリーン又は他の表面１００１にリアル画像を形成する。リアル画像は観察者の目１０１１により知覚される。]
[0044] 拡散板１４１及び１６１は、照明ビーム内のコヒーレンスボリュームのサイズを、それらが観察者の目１０１１の空間分解能よりも小さくなるように縮小するように作用する。光線の光路を変化させる可変光学特性素子は、コヒーレンスボリュームの異なる空間広がりが達成され且つコヒーレンスボリューム内に異なるスペックルパターンが発生し得るように作用する。]
[0045] 変形可能ミラーは、既知の応用とは、その駆動によりミラーから反射されるウェーブレット間の位相差を本質的にランダム化するもので、所与の入力ビームの帰還に基づいてそれらの波面を「補正」するのではない点で、相違する。これは、一般に、一つのアクチュエータにより薄い板又は膜を振動させることにより達成される（静電駆動によりその形状を変化させるのではない）。追加のアクチュエータを用いて「ランダム化」を改善することができるが、それらはすべて同様に働き、多数の表面変形が時間とともに形成されるように薄い板又は膜を振動又は動揺させる。このウェーブレット反射の方向及び時間におけるランダム化はスペックル低減をもたらす。要するに、薄い板又は膜は低い周波数で形が制御されるのではなく、「ドラム」のように振動する。システムが発生するスペックルパターンを観察者の目１０１１の時間分解能より小さい時間周期に亘って変化させるように動作するとき、一連のスペックルパターンが重畳されるため、スペックルコントラスト比が低下する。]
[0046] 観察されるスペックルの量は観察者又はカメラ又は他のセンサの積分時間の関数である。人間の視覚の場合、この時間はゆっくりであり、例えば＜１００Ｈｚであり、この場合には変形可能ミラーの高速変形は必須ではない。しかし、例えば剛性ミラーの使用と比較すると、ミラーの表面変形はスペックル低減の改善が依然として達成される。]
[0047] 高速の場合には、これは比較的短い露光時間（積分時間）を有するカメラ又は他のセンサを用いるシステムにおいてスペックルを低減するという大きな利点をもたらす。ミラーは圧電素子により数百キロＨｚにまで変調することができるため、例えば高速度検査システムにおいて高速画像収集が低いスペックルノイズで可能になる。]
[0048] 高速応答を可能にする構造的特徴は、例えば圧電又は空気圧素子や回転ファンのような乱気流アクチュエータからの機械的刺激に対する弾性変形応答である。従って、変形可能な薄い板又は膜は圧電駆動又は空気圧駆動によって又は薄い板又は膜への空気流によって男性的に高周波数で変形することができる。]
[0049] このような高速度変調は画像表示応用には必要ない。画像表示応用に必要とされる低周波数におけるスペックル低減を改善する変形可能なミラーの主要な特徴は、一連の変形を動的に制御し、改善されたスペックルコントラスト比を達成する結果とともに既知の技術の周期的反復特徴を回避できることにある。コヒーレンスボリュームの空間的広がり及び発生するスペックルパターンはミラー表面変形の関数であり、これは駆動周波数及び振幅により制御できる。これは、他の低い機械的運動技術（例えば回転拡散板、剛性ミラー）と比較して、モータスピンドル回転時間などの制限を有する回転部分がない点で有利である。]
[0050] 拡散板と振動する薄い板又は膜との組み合わせによって投影画像内の観察可能なスペックルを理論的最小値に低減できる。]
[0051] 図２は、本発明の一実施例による変形可能なミラーシステム２００の種々の素子を示す。光の所定の波長を反射するように被覆されたデュポンマイラーポリエステル膜２０１はフレーム２０２上に緊張状態に取り付けられる。フレーム２０２とマウント２０５との間に圧電アクチュエータ２０３と一つ以上の受動スペーサ２０４が配置される。電子制御システム１０２１は、アクチュエータがフレーム２０２を動かすように圧電アクチュエータ２０３に一連の電圧を供給する。適切な一連の駆動電圧は膜２０１に凸及び凹状の変形を時間とともに生じさせる。変形可能ミラーシステム２００は反射される光線角度を動的に分散させるため、光線の光路が照明ビーム内で変化される。] 図２
[0052] 代替実施例では、圧電アクチュエータ２０３は、フレーム２０２と接触する位置又はマウント２０５と接触する位置又は膜２０１と接触する位置などの種々の位置の一つに取り付けられる。代替実施例では、２以上の圧電アクチュエータ２０３を種々の位置に設けることができる。代替実施例では、薄い板又は膜２０１は、十分な弾性変形性を有し、関連する波長の光を反射するように被覆されたニトロセルロースペリクル又は他の材料からなるものとする。]
[0053] 別の実施例
図３は、本発明の代替実施例による投射型ディスプレイシステムを示す。コヒーレント光源光学系３０１は、可視赤色、緑色及び青色光を放出するために、関連する波長変換手段を持つ半導体レーザダイオード及びビームアライメント光学系を備える。コヒーレント光源はフリービーム源又はファイバ結合光源とすることができる。コヒーレンスボリュームのサイズを縮小するためにマルチモードファイバ又は複数ファイバの束を用いることができる。コヒーレント光源光学系３０１からの照明ビームの直径は、照明光学系に適合するサイズを達成するためにビーム拡大光学系３１１により拡大される。ビーム拡大は熱に敏感な光学素子の損傷を避けるためにも役立つ。不変光学特性素子３４１及び３６１は拡散板であって、照明ビーム内の光線の角度を分散させる。レンズ３４２及び３６２は拡散板からの光を光路内の後続の素子に向け供給する。拡散板３４１及び３６１は照明ビーム内のコヒーレンスボリュームを縮小するように作用する。可変光学特性素子３５１は、照明ビーム内の光線の角度を、それらの光線が時間とともに拡散板３６１上の様々な種々の位置に入射するように、動的に分散させる変形可能なミラーである。] 図３
[0054] フライアイレンズアレイ３３１及び３３２は、均一な光強度分布を有する適切に整形された照明領域を生成するインテグレータ光学系を構成する。これらの照明領域はフィールドレンズ３７１により、それらが本例ではディスプレイマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）であるソース画像形成マイクロディスプレイ３８１上で重畳するように方向づけられる。ミラー３７２は、照明の入射角がＤＭＤピクセルの偏向角に適合するように向けられる。コヒーレント光源光学系３０１は、放出された波長のみがカラーフィールドに適合し、そのピクセル強度が変調されるように、画像形成マイクロディスプレイ３８１と同期してトリガすることができる。フィールド順次カラー技術を使用すると、カラー画像が時間とともに形成される。レンズ３９１，３９２及び３９３はマイクロディスプレイ３８１からのソース画像を拡大し別の位置へリレーする投影光学系を備える。]
[0055] 図４は、本発明の代替実施例による投射型ディスプレイシステムを示す。コヒーレント光源光学系３０１は可視赤色光、緑色光及び青色光を同時に連続的に放出する（又は積分時間より短い周期でパルス式に放出する）。光学系３０１内のコヒーレント光源はフリービーム源又はファイバ結合ビーム源とすることができる。コヒーレンスボリュームのサイズを縮小するためにマルチモードファイバ又は複数ファイバの束を用いることができる。ダイクロイックフィルタ４７５及び４７６は選択的に光を３つの異なる画像カラーフィールド形成用高温度ポリシリコン（ＨＴＰＳ）ＬＣＤマイクロディスプレイ４８１，４８２,及び４８３に向け供給する。ミラー４７２，４７３及び４７４は光ビームをマイクロディスプレイ４８１、４８２及び４８３に向け供給するために使用される。エリコンバルザース社製のＸキューブダイクロイックフィルタプリズム４７７は３つのマイクロディスプレイ４８１，４８２及び４８３からのカラーフィールド画像をレンズ３９１，３９２及び３９３に向け供給し、これらのレンズはソース画像を拡大し別の位置へリレーする投影光学系を構成する。] 図４
[0056] 一実施例では、電子制御システム１０２１は、形状変形の大きさを増大し電力消費を減少させるために、一連の電圧を供給して変形可能ミラーシステム２００を共振周波数で駆動する。いくつかの代替実施例では、単一の駆動電圧周波数、周波数範囲又は周波数範囲に亘る周波数のサンプルを使用する。]
[0057] 図６は、本発明の代替実施例による投射型ディスプレイシステムを示す。コヒーレント光源光学系３０７は、可視赤色、緑色及び青色光を放出するために、関連する波長変換手段を持つ半導体レーザダイオード及びビームアライメント光学系を備える。光学系３０７内のコヒーレント光源はフリービーム源又はファイバ結合ビーム源とすることができる。コヒーレンスボリュームのサイズを縮小するためにマルチモードファイバ又は複数ファイバの束を用いることができる。] 図６
[0058] コヒーレント光源光学系３０１からの照明ビームの直径は、照明光学系に適合するサイズを達成するために、平凹負レンズ３１１１及び平凸正レンズ３１１２を備えるビーム拡大光学系３１１により拡大される。ビーム拡大は熱に敏感な光学素子の損傷を避けるためにも役立つ。不変光学特性素子３４７及び７６１は照明ビーム内の光線の角度を分散させるための拡散板として作用する。レンズ３４２及び３６２は拡散板からの光を光路内の後続の素子に向けなおして供給する。拡散板３４７及び７６１は照明ビーム内のコヒーレンスボリュームを縮小するように作用する。可変光学特性素子３５１は、照明ビーム内の光線の角度を、それらの光線が時間とともに拡散板７６１上の様々な種々の位置に入射するように、動的に分散させる変形可能なミラーである。]
[0059] 不変光学特性拡散素子７６１はエドモンドオプティクス社製のトップハットビーム整形回折光学素子であり、インテグレータ光学系を構成する。この光学素子は、照明ビームを規定の発散角で広げてビームの強度プロファイル及びその空間分布を制御するため、矩形のソース画像又はカラーフィールド形成用リキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）マイクロディスプレイ３８１を効率的に相対的に均一に照明する。ビーム整形、均一光強度分布及び拡散のためにシングルトップハット拡散板を使用すると、多数の光学素子を使用する場合よりも高いシステムの光透過率が得られる。残存する不均一光強度分布は変形可能ミラー３５１の作用によりマイクロディスプレイ３８１上の強度を動的に再分布させ、平滑化することにより除去される。]
[0060] 図５Ａは、本発明の一実施例による変形可能ミラーセンシングシステムの種々の素子を示す。光源６１１はフレーム２０２の開口２０６を経て変形可能ミラー２０１の背面を照明する。光源６１１は光を方向づけるレンズが設けられたＬＥＤとする。いくつかの代替実施例では、光源はレーザダイオードとし、フリー光源又はファイバ結合光源とする。一部の光線が変形可能ミラー２０１の関心領域からピンホール６１３を経て光電素子６１２へと反射される。変形可能ミラー２０１の表面形状の変形は時間とともに光電素子６１２へと向けられる光の量に影響を与える。] 図５Ａ
[0061] 図５Ｂは、変形可能ミラー２０１が振動して凹凸表面形状を生じている場合を示す。これは光電素子６１２により記録される光強度を変調する。表面形状の振幅が高いほど、光強度の変調深度が大きくなる。図５Ｃはピンホール６１３が変形可能ミラー２０１上のほかの位置からの光線をさえぎる場合を示す。] 図５Ｂ 図５Ｃ
[0062] 光電素子６１２の表面積は、光電素子６１２に到達する光強度と必要とされる測定精度を決定するピンホール６１３のサイズとの兼ね合いが最適となる表面積とする。光電素子６１２及びピンホール６１３の面積は、関心領域が静止位置に一致する場合を避けるために、振動しているときの変形可能ミラー２０１の表面形状変形の周期の半分より大きくする。]
[0063] 別の実施例では、ピンホール６１３がなく、光源６１１が不均一強度プロファイルを有している。従って、関心領域に近い区域が低い程度に照明される。この場合には、光電素子６１２は、主として、振動する変形可能ミラー２０１により関心領域に誘起される光強度変化を測定する。他の区域は連続する光量を検出器に向け供給する。これは出力信号に対するＤＣ成分を生じ、従って動的測定を減じる。しかし、光電素子は振動する薄い板又は膜の振動を、振動の共振モードに追従するのに十分な高さの分解能で測定することができる。]
[0064] いくつかの代替実施例では、変形可能ミラーセンシングシステム６００は圧電センサ、音響センサ、電磁センサ、容量センサ、電流センサ又は電圧センサを使用することができる。]
[0065] 本発明の一実施例による電子制御システムは、時間とともに所望の動作を維持するために、変形可能ミラーセンシングシステムからの入力観察を用いて変形ミラーシステム２００の閉ループ制御を実施する。]
[0066] 図７は、本発明の代替実施例による投射型ディスプレイシステムを示す。コヒーレント光源光学系３０１は、可視赤色、緑色及び青色光を放出するために、関連する波長変換手段を持つ半導体レーザダイオード及びビームアライメント光学系を備える。光学系３０１内のコヒーレント光源はフリービーム源又はファイバ結合光源とすることができる。コヒーレンスボリュームのサイズを縮小するためにマルチモードファイバ又は複数ファイバの束を用いることができる。] 図７
[0067] コヒーレント光源光学系３０１からの照明ビームの直径は、照明光学系に適合するサイズを達成するために、平凹負レンズ３１１１及び平凸正レンズ３１１２を備えるビーム拡大光学系３１１により拡大される。ビーム拡大は熱に敏感な光学素子の損傷を避けるためにも役立つ。不変光学特性素子３４１、８６１１及び８６１２は照明ビーム内の光線の角度を分散させるための拡散板として作用する。レンズ３４２及び８６２は拡散板からの光を光路内の後続の素子に向け直して供給する。拡散板３４１、８６１１及び８６１２は照明ビーム内のコヒーレンスボリュームを縮小するように作用する。可変光学特性素子３５１は、照明ビーム内の光線の角度を、それらの光線が時間とともに拡散板８６１上の様々な種々の位置に入射するように、動的に分散させる変形可能なミラーである。]
[0068] 不変光学特性素子８６１２はインテグレータ光学系を備えるビーム整形反射トンネルである。素子８６１１はマイクロディスプレイ３８１への均一で効率的な照明を生成するための拡散板として作用する。光学素子８６２は、光を拡散板８６１１を通して反射トンネル８６１２の入射口内に入射させる。拡散板８６１１は光損失を最少にするために素子８６１２の入射口に近接配置する。]
[0069] 光学系８７１１及び８７１２は、照明ビームをＴＩＲ（全反射）プリズム７７２を通してソース画像形成用ＤＭＤマイクロディスプレイ３８１へと入射させる。]
[0070] ビーム整形反射トンネル８６１２はエリコンブレザース社製のライトトンネルとすることができ、また出口に矩形の開口を有する任意の導波路とすることができる。その長さはコヒーレンスボリュームを縮小するとともに光線間の位相シフトを増大するのに十分な長さとする。]
[0071] 本発明の別の実施例では、変形可能ミラー表面の運動を生じさせるために、ファンを用いて乱流空気圧を発生させる。]
[0072] 不変拡散光学素子がない場合、コヒーレンスボリュームのサイズが目の空間分解能より大きくなり得る。これは目視観察画像に対して大きなスペックルパターンを生じ得る。可変光学特性素子を用いて光線の光路を変化させると、時間とともに変化する一連の種々のスペックルパターンが生じる。]
[0073] 本発明の別の実施例では、可変光学特性素子の前に配置された不変拡散光学素子を備えるが、可変光学特性素子の後に配置された不変拡散光学素子を備えない。これは目の空間分解能より小さいコヒーレンスボリュームのサイズをもたらし得る。これは目視観察画像に対して小さいスペックルパターンを生じ得る。可変光学特性素子を用いて光線の光路を変化させると、時間とともに一連の種々のスペックルパターンが生じる。コヒーレンスボリュームは小さいため、可変光学特性素子はより無相関な一連のスペックルパターンを生成するように作用してスペックルコントラスト比を低減することができる。]
[0074] 本発明の更に別の実施例では、可変光学特性素子の後に配置された不変拡散光学素子を備えるが、可変光学特性素子の前に配置された不変拡散光学素子を備えない。これは目の空間分解能より小さいコヒーレンスボリュームのサイズをもたらし得る。これは目視観察画像に対して小さいスペックルパターンを生じ得る。可変光学特性素子を用いて光線の光路を変化させると、時間とともに一連の種々のスペックルパターンが生じる。拡散光学素子が可変光学特性素子の後に配置されるため、光線の角度分散効果が増大される。これはより無相関な一連のスペックルパターンを生成してスペックルコントラスト比を低減することができる。]
[0075] しかし、可変光学特性素子の前に配置された不変拡散光学素子と可変光学特性素子の後に配置された不変拡散光学素子とを備えるのが好ましいことは理解されよう。]
[0076] 別の実施例では、インテグレータ光学系を不変光学特性素子の前、間又は後に配置することができる。インテグレータ光学系を適切に設計すると、照明ビーム内の光線の角度を十分に分散することが可能になるため、コヒーレンスボリュームのサイズが縮小される。これはフライアイアレイ内の十分な数の適切なマイクロレンズで達成される。従って、不変光学特性素子はインテグレータ光学系の素子とみなせる。]
[0077] 他の実施例では、拡散光学素子はすりガラスもしくは他の粗面、又はオパールもしくは他の不均質媒体から成るものとし得る。]
[0078] 別の実施例では、コントローラは、可変光学特性素子に一連の異なる表面形状又は屈折率又は回折特性を生成させるように動作する。]
[0079] 別の実施例では、照明源とマイクロディスプレイとの間の光路上に２つ以上の可変光学特性素子を設けることができる。他の実施例では、可変光学特性素子は、静電的、電磁的、液圧的及び／又は機械的駆動による変形可能ミラーとする。更に他の実施例では、可変光学特性素子は、液晶レンズ、液晶位相変調器又は表面内で屈折率又は回折特性を動的に制御し得る他のレンズとすることができる（電気光学材料、音響光学材料、写真光学材料、磁気光学材料又は他の「個体」材料を使用することができる）。更に他の実施例では、可変光学特性素子は動的に制御可能な表面形状を有する流体ミラー又はレンズとすることができる。]
[0080] 本発明は高速度検査及び顕微鏡検査に利用されることが理解されよう。]
[0081] 本発明は上述した実施例に限定されず、構成及び細部を変更することができる。]

权利要求:

請求項1
コヒーレント光源と、前記光源からの光をターゲットに向け供給する光学素子であって、少なくとも一つの拡散素子と可変光学特性素子とを含み、前記光源からの光のコヒーレンスボリュームを縮小するように構成された光学素子と、観察照明におけるスペックルコントラスト比を低減するために、前記ターゲットに時間とともに異なるスペックルパターンが照明センサ又は観察者の目の時間的分解能より高い時間周波数で形成されるように、前記可変光学特性素子を制御するように構成された制御システムと、を備える光学系。
請求項2
前記可変光学特性素子は２つの拡散素子の間に配置されている、請求項１記載の光学系。
請求項3
前記可変光学特性素子は変形可能ミラーシステムを備える、請求項１又は２記載の光学系。
請求項4
前記変形可能ミラーシステムは空気圧で又は空気流で変調される、請求項３記載の光学系。
請求項5
前記変形可能ミラーシステムは静電的、圧電的、電磁的、音響的、液圧的及び／又は機械的駆動により変調される、請求項３記載の光学系。
請求項6
前記コヒーレント光源は複数のコヒーレント及び非コヒーレント光源を備える、請求項１−５のいずれかに記載の光学系。
請求項7
前記ターゲットは画像形成装置である、請求項１−６のいずれかに記載の光学系。
請求項8
投影光学系により前記画像形成装置からの画像を拡大し別の位置へ中継する、請求項７記載の光学系。
請求項9
光ビームホモジナイザを更に備える、請求項１−８のいずれかに記載の光学系。
請求項10
前記光ビームホモジナイザはフライアイレンズ、トンネルインテグレータ又は拡散板である、請求項９記載の光学系。
請求項11
光の所定の波長を反射するように被覆された薄い板又は膜と、前記薄い板又は膜に運動を与えて前記薄い板又は膜の表面形状を連続的に弾性的に変形させるように構成されたアクチュエータ手段と、観察照明におけるスペックルコントラスト比を減少させるために、前記薄い板又は膜に一連の運動及び表面形状の変形を生じさせて前記薄い板又は膜から反射されるコヒーレント光によりターゲットに形成されるスペックルパターンを照明センサの時間的分解能より小さい時間周期に亘って変化させるべく前記アクチュエータを制御するように構成された制御システムと、を備える変形可能なミラーシステム。
請求項12
前記制御システムは前記表面形状の変形をシステムの共振周波数で生じる、請求項１１記載の変形可能なミラーシステム。
請求項13
前記制御システムは前記表面形状の変形を固定の周波数で生じる、請求項１１又は１２記載の変形可能なミラーシステム。
請求項14
前記制御システムは前記表面形状の変形を種々の周波数で生じる、請求項１１記載の変形可能なミラーシステム。
請求項15
システム動作を観測するセンシング手段を備える、請求項１１−１４のいずれかに記載の変形可能なミラーシステム。
請求項16
前記制御システムは、前記センシング手段の観測情報を用いて所望のシステム動作を維持するように閉ループ制御する、請求項１５記載の変形可能なミラーシステム。
請求項17
前記センシング手段は光電素子を備える、請求項１１又は１６記載の変形可能なミラーシステム。
請求項18
前記センシング手段は複数のセンサを備える、請求項１１−１７のいずれかに記載の変形可能なミラーシステム。
請求項19
前記アクチュエータ手段は圧電アクチュエータを備える、請求項１５−１８のいずれかに記載の変形可能なミラーシステム。
請求項20
前記アクチュエータ手段は空気圧アクチュエータを備える、請求項１１−１９のいずれかに記載の変形可能なミラーシステム。
請求項21
前記運動は前記アクチュエータ手段により動かされる取り付けフレームにより前記薄い板又は膜に与えられる、請求項１１−２０のいずれかに記載の変形可能なミラーシステム。
請求項22
前記運動は空気流により前記薄い板又は膜に与えられる、請求項１１−１８のいずれかに記載の変形可能なミラーシステム。
請求項23
前記アクチュエータ手段は複数のアクチュエータを備える、請求項１１−２２のいずれかに記載の変形可能なミラーシステム。