JPH08510364A - パルスレーザ映像形成装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は投影面に映像を形成する多色映像形成装置等の映像形成装置に関するもので、光源として入射ビームを発生する赤、緑及び青のパルスレーザと、前記入射ビームを受ける音響光学セルと、前記セルの面に取りつけられ音変調出力ビームを生じる電気信号−音波変換器と、投影面に映像を表示する投影面手段とを含む。装置は、改良点として、前記出力ビームに対して４５度の角度をなして移動して前記出力ビームの映像の線を逆行させる前記作動器と、パルス長が映像の線に対する画素伝播時間よりも長い場合には入射ビームのパルス長に時間比例した大きさの傾斜信号を形成する傾斜信号装置を有し、この傾斜信号で前記作動器を作動して映像のぼけを最小にする。

Description

【発明の詳細な説明】 パルスレーザ映像形成装置及び方法 発明の背景 パルスレーザ映像形成装置及び方法は米国特許第４８５１９１８号（１９８９ 年７月２５日発行）に記載されている。同装置では１つ以上のパルスレーザを使 用して入射光ビームを形成する。１つ以上の音響光学セルが入射光を受信して、 音響光学セル上の１個以上の変換器が１つ以上の音響変調された出力ビームを発 生する。この装置には変換器を動作させるための信号手段が含まれており、投影 すべき映像の線を形成するための電気信号に対応する変調された音波を生じる。 圧縮手段が信号手段と共に使用されて音波が音響セルに入るのに必要な時間を減 じるのに使用され、これにより映像形成手段の線を表す信号の時間方向を減少さ せる。逐次平面投影器が変調された出力ビームを収束させるのに使用され、各線 に対応する投影スクリーンの一部を照明することにより投影スクリーン上に映像 を形成する。好ましくは、赤、緑及び青のビームを与える３個の金属蒸気パルス レーザが使用されて高解像度の全カラー映像形成装置を構成する。 光源としてパルス長が映像の線に対する単一画素よりも長いパルスレーザ光源 等の広範囲なレーザが使用でき るような、改善された、特に多色の映像形成装置及び方法を提供することが望ま れる。 発明の概要 本発明はパルスレーザ映像形成装置及び方法に関する。より詳しくは、本発明 は音響セル変調器システムの画素伝播時間よりも長いパルス長（幅）を有する１ 個以上のパルスレーザを使用する多色映像形成装置及び方法に関する。 映像形成装置及び方法の説明は、入射光ビームの変調のために等方性又は異方 性媒質を使用する音響光学セル内でＲＦ信号により変調される多重単色光源又は 多色光源を使用して行う。好ましくは、光源として、非線形光学結晶を使用して 周波数を可視赤外線領域から可視放射スペクトル領域に逓倍する固体レーザ光源 を使用する。更に、全光源の内の１つ以上の光源は音響光学セルにおける音波の 画素伝播時間よりも長いパルス長を有する。 本発明は投影面に映像を形成する多色映像形成装置等の映像形成装置に関する もので、この装置は赤、緑及び青の可視光を発生するパルスレーザのような可視 光線領域の単色光入射ビームを供給するパルスレーザと、前記入射ビームを受け る入力面と出力面を有する等方性又は異方性の音響光学セルと、前記入力面及び 出力面とは異なった前記音響光学セルの面に取りつけられ音変調光出力面を有す る電気信号−音波変換器と、前記変換器を駆動して前記セル手段内に映像の線に 対する電気信号に対 応するように変調された音波を前記セル内に発生させる手段と、投影面に映像を 表示する投影面手段と、音波変調出力ビームを前記投影面に、映像の各線が投影 面の異なった位置に形成されるように投影する平面投影手段とを含む映像形成装 置であり、ミラー又は研磨された又は反射性膜で被覆された入射面を有する圧電 気材料等の固体作動器であって、信号手段に応答し、前記出力ビームに対して４ ５度の角度をなして移動し、そして前記出力ビームの映像線を前記音響光学セル 手段からの出力ビームの方向に対して反対の方向に逆行させる前記作動器と、パ ルス長が映像線に対する画素伝播時間よりも長い場合には入射ビームのパルス長 に時間比例した大きさの傾斜信号を形成し、この傾斜信号で前記作動器を作動し て映像のぼけを最小にする前記信号手段とを含むことを特徴とする。この映像形 成装置は作動器の水平移動距離を増大する角度増幅手段を更に含んでも良い。 本発明は更に投影面に映像を形成する方法を提供するもので、この方法は可視 光線領域の単色光入射ビームを供給するパルスレーザを含む光源を用意し、前記 入射ビームを音響光学セルに通過させ、前記入射ビームを前記音響光学セル内の 音波変換器により音変調し、前記変換器を駆動して前記セル手段内に映像の線に 対する電気信号に対応するように変調された音波を前記セル手段内に発生させて 音変調された出力ビームを発生させ、音変調された出力ビームを前記投影面に投 影して、映像の各線 が投影面の異なった位置に形成されるように映像を表示する方法であり、パルス 長が映像の線に対する画素伝播時間よりも長い光を発生させる光源を設け、信号 手段に応答して水平移動する作動器を設けて前記出力ビームの逆行を行わせ、前 記作動器の入射面に出力ビーム反射手段を設け、そして前記作動器に前記入射ビ ームのパルス長の光パルス間隔で傾斜信号を供給して、前記作動器と前記反射手 段を前記入射変調光出力ビームに対して４５度の方向に移動させることにより、 投影面における映像のぼけを減少することを特徴とする。 従って、変調された映像信号出力ビームは、レーザパルスが存在している間は 、映像の伝播方向を逆にするために逆行されなければならない。光源のパルス幅 及び出力ビームのパルス幅が音響光学変調器内の画素伝播時間よりも短かくなけ れば、投影スクリーン上の映像はぼけることになる。映像を傾斜信号に応答して 変調器の伝播出力ビームの方向とは逆の方向に移動させることにより映像の線の ぼけを最小にできることが分かった。 以下に本発明を特定の実施例に関連して説明するが、単なる例示の目的である 。本発明の範囲内において例示の実施例の各種の変形、追加、及び改良が当業者 には可能なものと理解されたい。 図面の簡単な説明 図１は本発明の多色映像形成装置の概略図である。 図２は逆行制御器のタイミング信号及び図１に使用さ れる多色映像形成装置で使用するレーザパルスタイミングを示すを示すダイヤグ ラムである。 図３は作動器と、図１の多色映像形成装置における入射光と、音響伝播と、逆 行傾斜と、入射光長さの構造的な関係及びタイミング関係を示す該略図である。 図４は図１の多色映像形成装置における異方性媒質を使用した逆行制御器に必 要なパラメータを示す表及びそれに基づくグラフである。 図５は図１の多色映像形成装置における等方性媒質を使用した逆行制御器に必 要なパラメータを示す表及びそれに基づくグラフである。 実施例の説明 図１は本発明の好ましい実施例により音響光学変調器を使用して複数の映像信 号を変調する多色映像形成装置の該略図である。逆行手段が投影系の光学的な映 像信号の方向を反転させるために使用される。この実施例の逆行手段には投影系 のための回転式走査器、振動式走査器、圧電セラミック作動器、圧電歪み式作動 器等が使用できる。圧電式の作動器はμ単位で運動するので、２個のプリズム（ くさび形）を使用して移動を増幅することができる。多波長の固体レーザは好ま しい光源である。 図１を参照すると、周波数逓倍型赤外パルスレーザよりなる固体レーザ光源１ ０００が示されている。この光源からのビームは次に変調器５００に入射する（ 米国特許第４８５１９１８号参照）。図１にはまた映像を投影 系のスクリーン８１に表示するために必要な映像信号１４９を発生する映像発生 器１４５が記載されている。信号１４７は映像発生器１４５を駆動し、一方信号 １４９は入力映像情報に関係付けてＲＦ周波数発生器４１を振幅変調する。光源 からの波長ｗ１はＲＦ信号１４３により動作する音響光学変調器５０１により変 調を受ける。もしもテレビ映像信号が使用されるならば（例えばＮＴＳＣ規格） 、映像信号は米国特許第４８５１９１８号の圧縮方式によりサンプリングされる 。現在の水平線が変調器５０１内にある時、光源は信号１３０によってトリガー される。光パルスが映像信号の画素時間よりも短いか又は等しい場合には、映像 情報の伝播（変調器５０１内で生成される）は画素幅以上には移動しないので、 ぼけは防止され、またスクリーン８１上の映像は停止されることになる。もしも 光源の広がりが許容されるならば画素間の間隔の大きさは光パルスを画素時間よ りも短くすることにより調整できる。 レンズ５０２は変調器５００に入射する広がり光ビーム３１を平行化する。レ ンズ５０４は変調器５０１からの光を屈折して光学スリット５０７の焦点に収束 させる。光学スリット５０７は零次の光線を阻止し、変調された１次の回折光を 圧電作動器５０３に通過させ、そこで逆行効果を生じる。逆行は作動器５０３を 入射光線３３に対して４５度の角度に前進後退させることにより生じる。作動器 ５０３はたとえばミラー、研磨面、あるいは 反射性被覆のようながビーム反射手段５０８を作動器のビーム入射側に有する。 光線３３はレンズ５０７を通過して垂直走査器５０５の上に焦点を結ぶ。レンズ ５０６は光を収束して走査器５０５に取りつけられた走査ミラーの寸法を最小に し、また投影器の投影角度を設定する。 光パルス時間は映像の画素時間よりも長いから、作動器５０３は変調器５０１ 内の伝播運動とは逆の方向に映像情報を移動させる。走査発生器ＳＧ１５５が音 響光学変換器５０１に入射する光３１のパルス長に時間比例した傾斜信号１５９ を発生する。傾斜信号１５９は信号ドライバ５１に供給されて信号１５３を形成 する。この信号は作動器５０３の振幅を制御することにより出射光３３からスク リーン８１の可視像を逆行させる。この移動により、光パルスが画素時間よりも 長い場合に生じる画素の汚れ（ｓｍｅａｒ）を減少させる。光パルスはスクリー ン上で映像の運動が静止するようにさせるために画素時間よりも短くなければな らない。 圧電作動器５０３の移動はμのオーダと小さいから、角度増幅器５０９を組み 込んで水平移動距離を増加することができる。角度増幅器５０９は当業界に周知 であり（１９６９年ＷａｔｓｏｎおよびＫｏｒｐｅｌ、１９７０年及び１９７１ 年Ｈｒｂｅｋ他）、例えば傾斜屈折率レンズ又は２枚レンズを使用する。回折角 度は第１プリズムにより増幅され、次いで倍率を調整するように回転 できる。固定プリズム位置では倍率は光が偏る際に変化する。これにより多色デ ィスプレイではｗ１とｗ２の像のｗ３の像に対する不整合が生じる。この不整合 は２枚のプリズムをカスケード結合することにより消去することができる。 映像形成装置において、角度増幅器５０９はコンピュータ発生ホログラフレン ズ又はホログラフ板と置き換えても良いし、あるいは省略しても良い。作動器５ ０３は圧電石英、圧電セラミック、圧電歪み製を使用しても良いし、あるいは回 転式走査器又は振動式走査器と置換しても良い。 システム制御器１００が映像入力１１０の映像から全体のタイミングを調整す る。この制御器は逆行傾斜信号１５９、光トリガー信号１３０、及び映像及び同 期信号１４９のタイミングを発生する。上記の説明では単一のパルスレーザ単色 光源のみを使用した。２個以上の光源を使用し、音響光学変調器を米国特許第４ ８５１９１８号のように使用すれば多色投影が容易に実行できる。光源は３個の 固体パルスレーザよりなっても良く、この場合３個のレーザは１２２０〜１３０ ０ｎｍの範囲の赤外光を生じる固体パルスレーザと６１０〜６５０ｎｍの範囲の 赤色可視光線を生じる非線形結晶とを含むレーザ、１０２０〜１０８０ｎｍの範 囲の赤外光を生じる固体パルスレーザと５１０〜５４０ｎｍの範囲の緑色可視光 線を生じる非線形結晶とを含むレーザ、及び８６０〜９５ ０ｎｍの範囲の赤外光を生じる固体パルスレーザと４３０〜４７５ｎｍの範囲の 緑色可視光線を生じる非線形結晶とを含むレーザよりなるもので、これら３個の 固体パルスレーザは映像の線の画素伝播時間よりも長い光パルスを有する。 図２を参照すると、各種の光パルス長の効果が示されている。最上部の「画素 クロック」と表示した信号は図１の電子映像信号１４９の画素を発生するクロッ クのタイミングを示す。 「理想光パルス１３０」と表示した信号は図１のスクリーン８１における画素 汚れを消去するのに必要な理想的なパルス幅を詳細に示している。 「スクリーンの画素１」と表示した信号は、図１の音響光変調器５０１内の伝 播運動を表すわずかな汚れを示す。 「長い光パルス１３０」と表示した信号は図１にも示されており、理想光パル ス幅の４倍のパルス幅を例示している。 「スクリーンの画素２」と表示した信号は図１のスクリーン８１における画素 汚れがいかにして生じるかを例示する。この汚れは図１の音響光学変調器５０１ 内の伝播運動を表す。もしもこの汚れが補正されなければ、図１のスクリーン８ １の映像はぼけて映像情報は分解されず、貧弱な分解能と像品質という結果を生 じる。 「逆行傾斜信号１５９」と表示した信号は、スクリー ン８１の映像を音響光学変調器５０１の伝播信号とは逆方向に移動させる信号を 発生する。 水平作動器５０３を追加し、そして「逆行傾斜信号１５９」を発生させること によって、画素の汚れを最小にする「スクリーンの画素３」がスクリーン８１の 画素となる。時間Ａは最小の画素汚れを生じるが、最長の移動距離を有し、また 時間Ｂは画素汚れは大きいが、移動距離が小さいので（振幅信号により表されて いる）光源や逆行作動器に対する技術上の制限は余り厳しくない。 図３は逆行原理の機械的及びタイミングパラメータ間の関係を示す図である。 作動器５０３はスクリーン８１の箇所の映像にｄの偏位を与える。「逆行」の矢 印により示される距離ｄの伝播は「音響伝播」の矢印とは逆の方向に移動する。 「入射光」が矢印で示されるように存在し且つ信号「光パルス長」の期間中には 、作動器５０３が逆行傾斜信号１５９により休止位置から延出し位置に向けて距 離ｄだけ逆方向に移動される。 図４を参照すると、圧電移動手段（作動器）５０３がどれほどの速度で、どれ だけの距離を移動させるかを決定する式が示されている。この例はＴｅＯ₂のよ うな異方性媒質を示す。考慮すべき第１のパラメータは「変調器作用長ＭＡＬ」 で表される相互作用長さである。この場合には、これは１８ｍｍに等しい。次の パラメータは速度である。これは０．６１７ｍｍ／μｓに等しい。これらの値か ら、水平線時間ＨＬＴは式１を使用すること により見いだされ、これは２９．１７３μｓとなる。上記のＨＬＴを使用し、１ ２８０カウントに等しい画素計数ＰＣを使用すると、式２から画素時間ＰＴはこ の場合では０．０２３μｓすなわち２３ｎｓ画素時間が得られる。光パルス幅は スクリーン８１での映像のぼけを防止するにはこの値よりも小さくなければなら ない。この値は理想光パルスＩＬＰ２０ｎｓにより表すことができ、これは上記 の２３ｎｓＰＴの画素時間よりも短い。更に、変調器ＰＬＭ内の画素長さは式３ により決定できる。結果は０．０１４ｍｍすなわち１４μｍである。次に必要な 値は焦点係数ＦＦである。この値は画素が光学スリット５０７に収束された後に 画素長を再定義する。この例ではＦＦ１０が使用される。式４は表１の結果を生 じる関数である。 これらの結果は、スクリーン８１での映像のぼけを防止するために作動器が移 動しなければならない距離を表す。パラメータＭは式４を使用した表１に示した ように逆行距離の値の範囲を、及び式５を使用した表２のように長い光パルス時 間を発生するのに使用される倍数を表す。これらの関数表つまり表１及び表２は 、光パルス（Ｍ）、光パルス時間μｓ、及び逆行（Ｍ）距離ｍｍの関係を示すグ ラフを作るのに使用される。例えば、もしも光パルス時間１４７ｎｓが使用され 、ＦＦが１０の場合には、スクリーン８１でのぼけを防止するのに必要な逆行距 離は８μｍであることが分かる。従って、光パルス はあるべき値の６倍以上長いので、逆行はスクリーン８１の画素汚れを最小にす る。 図５を参照するに、式は図１の圧電変換器５０３をどんな速度でどれだけの距 離を移動させるかを示す。この例では、当方媒質例えばガラスを使用する。考慮 すべき第１のパラメータは「変調器作用長ＭＡＬ」で表される相互作用長さであ る。この場合には、これは３９ｍｍに等しい。次のパラメータは速度である。こ れは３．９ｍｍ／μｓに等しい。これらの値から、水平線時間ＨＬＴは式１を使 用することにより見いだされ、これは１０μｓとなる。上記のＨＬＴを使用し、 １０００カウントに等しい画素計数ＰＣを使用すると、式２から画素時間ＰＴは この場合では０．０１μｓすなわち１０ｎｓ画素時間が得られる。光パルス幅は スクリーン８１での映像のぼけを防止するにはこの値よりも小さくなければなら ない。この値は理想光パルスＩＬＰ１０ｎｓにより表すことができ、これは上記 のＰＴの画素時間である。更に、変調器ＰＬＭ内の画素長さは式３により決定で きる。結果は０．０３９ｍｍすなわち３９μｍである。これらの値は異方性の場 合の値の３倍である。次に必要な値は焦点係数ＦＦ（ｆｏｃｕｓ ｆａｃｔｏｒ ）である。この値は画素が光学スリット５０７に収束された後に画素長を再定義 する。この例ではＦＦ１０が使用される。式４は表１の結果を生じる関数である 。 これらの結果は、スクリーン８１での映像のぼけを防 止するために作動器が移動しなければならない距離を表す。パラメータＭは式４ を使用した表１に示したように逆行距離の値の範囲を、及び式５を使用した表２ のように長い光パルス時間を発生するのに使用される倍数を表す。これらの関数 表つまり表１及び表２は、光パルス（Ｍ）、光パルス時間μｓ、及び逆行（Ｍ） 距離ｍｍの関係を示すグラフを作るのに使用される。例えば、もしも光パルス時 間１９２ｎｓが使用され、ＦＦが１０の場合には、スクリーン８１でのぼけを防 止するのに必要な逆行距離は７１μｍであることが分かる。従って、光パルスは あるべき値の２０倍以上長いので、逆行はスクリーン８１の画素汚れを最小にす る。 図示のように、等方性媒質を使用すると、作動器をさらに大きく移動しなけれ ばならないので、現在の技術レベルで前記と同一の結果を達成するには図１に示 した角度増幅器５０９をを必要とするであろう。出力ビームの逆行を行うための 作動器の移動量は、例えば異方性セルでは約１４ミクロン以上、等方性セルでは 約７８ミクロン以上である。 以上に記載した本発明の映像形成装置及び方法は最も満足で好ましいとは言え 、他の構造及び方法の多くの変形があり得る。例えば任意の色の光源を同一又は 同様な周波を有する１つ以上のレーザから構成し得る。また、逆行信号の極性は いずれかであることに注意されたい。装置が前方及び後方投影式ならば、逆行信 号も両モード に対応するように方向を反転する必要がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．投影面に映像を形成する多色映像形成装置等の映像形成装置において、 ａ）可視光線領域の単色光入射ビームを供給するパルスレーザを含む光源と、 ｂ）前記入射ビームを受ける入力面と出力面を有する音響光学セルと、 ｃ）前記入力面及び出力面とは異なった前記音響光学セルの面に取りつけられ、 音変調光出力面を有する電気信号−音波変換器と、 ｄ）前記変換器に結合されて前記セル内に映像の線に対する電気信号に対応する ように変調された音波を前記セル内に発生させる信号手段と、 ｅ）投影面に映像を表示する投影面手段と、 ｆ）前記音変調された出力ビームを前記投影面に、映像の各線が投影面の異なっ た位置に形成されるように投影する平面投影手段とを含む映像形成装置において 、 ｉ）下記傾斜信号手段に応答して前記音響光学セルからの出力ビームに対して ４５度の角度をなして移動し、前記出力ビームの映像の線を前記音響光学セルか らの出力ビームの方向に対して反対の方向に逆行させる固体作動器と、 ii）パルス長が映像の線に対する画素伝播時間よりも長い場合には入射ビーム のパルス長に時間比例した大き さの傾斜信号を形成し、この傾斜信号で前記作動器を作動して映像のぼけを最小 にする傾斜信号手段、よりなる映像形成装置。 ２．光源が多色映像を形成するように赤、緑及び青の単色光を発生する３個の 周波数逓倍パルスレーザよりなり、前記セル内に音波の伝播時間を減少させる圧 縮手段を設け、前記セルは単一であり、前記前記セルには３つの別個の前記変換 器が取りつけられている請求項１の装置。 ３．前記作動器はその出力ビームを受け入れる入射面に反射手段を有する請求 項２の装置。 ４．前記反射手段は前記入射面に設けたミラー、反射性被覆、又は研磨面であ る請求項１の装置。 ５．前記作動器の水平移動距離を増大するために角度増幅器を設けた請求項１ の装置。 ６．ａ）可視光線領域の単色光入射ビームを供給するパルスレーザを含む光源 を用意し、 ｂ）前記入射ビームを音響光学セルに通過させ、 ｃ）前記入射ビームを前記音響光学セル内の音波変換器により音変調し、 ｄ）前記変換器を駆動して前記セル手段内に映像の線に対する電気信号に対応す るように変調された音波を前記セル手段内に発生させて音変調された出力ビーム を発生させ、 ｅ）音変調された出力ビームを前記投影面に投影して、 映像の各線が投影面の異なった位置に形成されるように映像を表示する方法にお いて、 ｉ）パルス長が映像の線に対する画素伝播時間よりも長い光を発生させる光源 を設け、 ii）下記傾斜信号に応答して水平移動して前記出力ビームの逆行を行わせる作 動器を設け、 iii）前記作動器の入射面に出力ビーム反射手段を設けて前記出力ビームの反 射を行わせ、 iv）前記作動器に前記パルス長の光パルスに比例した傾斜信号を前記光パルス の間隔で供給して、前記作動器と前記反射手段を前記入射変調光出力ビームに対 して４５度の方向に移動させることにより、前記映像の線を前記出力ビームに逆 行する方向に移動させて投影面における映像のぼけを減少することを特徴とする 方法。