(57)【要約】  画像表示システムに対するより大きな階調を生成するための付加的な制御の柔軟性は、偏光ミラーの中間状態の制御をさらに調整するために光源から偏光ミラーへの光投影の強度分布を制御することによって、実現される。この光源強度分布の制御は、入射光において、不均一、対称、非対称、異なる偏光分布、様々な断面形状、および上記の全ての種類の他の組み合わせ、といった幅広い種類を、入射光に提供することができる。階調制御の、より安定したより良い制御は、画像表示の最良の視覚効果を生み出すために入射光の強度分布を最適化することによって得られる。【選択図】図２
2009531731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる偏向角へ振動制御される複数のマイクロミラーを有する空間光変調器へ投影するための照明光学系を介して光源から光を受ける投影装置であって、
投影光路上に設けられた光学瞳に向けて所定の光量を投影するために、入力信号に基づいて、前記マイクロミラーの各々の偏向角保持動作及び振動動作を制御するコントローラを含み、
前記光源又は前記照明光学手段は、前記マイクロミラーの各々への入射ＮＡの範囲内で照明光の強度分布又は平均光量が不均一になるように構成される。
【請求項２】
請求項１記載の投影装置であって、
照明光の強度分布は、マイクロミラーからの反射光の光軸の移動方向に対して略平行な方向に不均一である。
【請求項３】
請求項１記載の投影装置であって、
照明光の強度分布は、マイクロミラーからの反射光の光軸の移動方向に対して略垂直な方向に不均一である。
【請求項４】
請求項１記載の投影装置であって、
前記照明光学系は、光源像の結像面又は前記光源近傍に配置した光学素子を含み、
前記光学素子は不均一の拡散特性又は散乱特性を有する。
【請求項５】
請求項１記載の投影装置であって、
前記照明光学系は、複数のマイクロレンズを含むフライアイレンズを含み、
複数のマイクロレンズは、光学的特性が異なる少なくとも２つのマイクロレンズを含む。
【請求項６】
請求項５記載の投影装置であって、
前記２つのマイクロレンズは２つの異なる透過率を有する。
【請求項７】
請求項５記載の投影装置であって、
前記２つのマイクロレンズは２つの異なる開口率を有する。
【請求項８】
請求項１記載の投影装置であって、
前記照明光は、前記光源から前記空間光変調器に至る照明光路、もしくは前記空間光変調器から画像表示面に至る投影光路、の少なくとも一部において、光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状の光束断面を形成する。
【請求項９】
請求項１記載の投影装置であって、
前記光源は、前記照明光学系への柔軟な可変の光投影を有する。
【請求項１０】
請求項９記載の投影装置であって、
前記光源は、可変の光投影を提供するための、取り外し可能な平行平面板を更に含む。
【請求項１１】
請求項９記載の投影装置であって、
前記光源は、可変の光投影を提供するための、各々からの選択的な発光と共にアレイ状に配置された複数のサブ光源を更に含む。
【請求項１２】
請求項１記載の投影装置であって、
前記照明光は、多重照明光束を含む。
【請求項１３】
請求項１２記載の投影装置であって、
補助光源は、複数のサブ光源を含み、
多重照明光束は、複数のサブ光源から投影される。
【請求項１４】
請求項１２記載の投影装置であって、
多重照明光束は、前記光源から投影された光束を分割することにより得られる。
【請求項１５】
請求項１２記載の投影装置であって、
前記照明光束の各々は、多重照明光束間の光束の異なる周波数、強度分布、断面形状と共に、異なる周波数特性を有する。
【請求項１６】
請求項１記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザ光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項１７】
異なる偏向角へ振動制御される複数のマイクロミラーを有する空間光変調器へ投影するための照明光学系を介して光源から光を受ける投影装置であって、
投影光路上に設けられた光学瞳に向けて所定の光量を投影するために、入力信号に基づいて、前記マイクロミラーの各々の偏向角保持動作及び振動動作を制御するコントローラを含み、
前記光源又は前記照明光学手段は、前記マイクロミラーの各々への入射ＮＡ（開口数）の範囲内で照明光の光束断面が照明光の光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状になるように構成される。
【請求項１８】
請求項１７記載の投影装置であって、
照明光束の断面は、マイクロミラーからの反射光の光軸移動方向に対して略平行の方向に沿った長辺を有し、前記マイクロミラーの偏向方向は前記コントローラによって制御される。
【請求項１９】
請求項１７記載の投影装置であって、
照明光束の断面は、マイクロミラーからの反射光の光軸移動方向に対して略垂直の方向に沿った長辺を有し、前記マイクロミラーの偏向方向は前記コントローラによって制御される。
【請求項２０】
請求項１２記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザー光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項２１】
投影光路上に設けられた光学瞳に向けて所定の光量を投影するために、異なる偏向角へ振動制御される複数のマイクロミラーを有する空間光変調器へ投影するための照明光学系を介して光源から光を受ける投影装置であって、
前記光源又は前記照明光学手段は、各ミラー素子への入射ＮＡの範囲内で照明光の強度分布又は平均光量が不均一になるように構成され、
第１の制御期間においてマイクロミラーを特定の偏向角に制御し、第２の制御期間においてマイクロミラーを振動させるように制御するコントローラ、
第１及び第２の制御期間の少なくとも一方において、もしくは、第１及び第２の制御期間の少なくとも一方を２つ以上のサブ制御期間に分割したときの１つ以上のサブ制御期間において、前記偏向型空間光変調器に入射する光の強度を増加又は減少させる。
【請求項２２】
請求項２１記載の投影装置であって、更に以下を含む、
制御期間の各々に同期して、前記偏向型に入射する光の強度を増加又は減少させるために光路に配置される取り外し可能な減光素子。
【請求項２３】
請求項２１記載の投影装置であって、更に以下を含む、
制御期間の各々に同期して、前記偏向型空間光変調器に入射する光の強度を増加又は減少させるために、透過光を調整する偏光素子。
【請求項２４】
請求項２１記載の投影装置であって、
前記コントローラは、前記光の強度を調整するために、マイクロミラーの共振周波数に同期して、前記第１及び第２の制御期間を制御する。
【請求項２５】
請求項２１記載の投影装置であって、
前記コントローラは、前記光の強度を調整するために、前記マイクロミラーをＯＮに切り替える最小時間単位に同期して、前記第１及び第２の制御期間を制御する。
【請求項２６】
請求項２１に記載の投影装置であって、
照明光が前記投影光路に偏向しない方向にミラー素子の偏向方向がある間、照明はＯＦＦに切り替えられる。
【請求項２７】
請求項２９に記載の投影装置であって、
前記光源光は、２段階以上の強度の光を投影するために変調される。
【請求項２８】
請求項２１記載の投影装置であって、
前記コントローラは、異なる色の画像を１フレーム期間内に順次表示する色順次方法を適用することによりカラー画像表示を構成する。
【請求項２９】
請求項２１記載の投影装置であって、
コントローラは、前記光源から前記偏向型空間光変調器に投影入射した光の強度を、１／ｎ（ｎは整数）のスケールに応じて制御する。
【請求項３０】
請求項２１記載の投影装置であって、
マイクロミラーの振動振幅は、第２の制御期間の間、変更される。
【請求項３１】
請求項２１記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザー光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項３２】
請求項２１記載の投影装置であって、
前記光源は、複数のサブ光源のアレイを含み、
複数のサブ光源の各々は、調整可能な光強度を放射するために、第２の制御期間内、又は、第２の制御期間内の１つ以上のサブ制御期間内に制御される。
【請求項３３】
請求項３２記載の投影装置であって、
光の強度は、マイクロミラーの共振周波数に同期して調整される。
【請求項３４】
請求項３２記載の投影装置であって、
調整される光の強度は、第１の制御期間であり、マイクロミラーをＯＮに切り替えるための最小時間単位に同期して変調される。
【請求項３５】
請求項３２記載の投影装置であって、
照明光が前記投影光路へ偏向しない方向にミラー素子の偏向方向がある間、照明はＯＦＦに切り替えられる。
【請求項３６】
請求項３２記載の投影装置であって、
前記光源光は、２段階以上の強度の光を投影するために変調される。
【請求項３７】
請求項３２記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザー光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項３８】
請求項３２記載の投影装置であって、
複数のサブ光源は、同一色又は異なる色のサブ光源を含む。
【請求項３９】
請求項３２記載の投影装置であって、
前記複数のサブ光源は、発光パターンを投影するために制御される。
【請求項４０】
請求項３９記載の投影装置であって、
前記複数のサブ光源は、発光パターンを光軸に対称又は非対称に投影するために制御される。
【請求項４１】
請求項３９記載の投影装置であって、
前記複数のサブ光源は、表示期間の間、発光パターンを投影するために制御される。
【請求項４２】
請求項３９記載の投影装置であって、
前記コントローラは、異なる色の画像を１フレーム期間内に順次表示する色順次方法を適用することによりカラー画像表示を構成し、前記色の各々のための異なるサブフィールドの中で前記複数のサブ光源を制御する。
【請求項４３】
請求項３２記載の投影装置であって、
前記光源は、光源と導光部材を更に含む。
【請求項４４】
請求項４３記載の投影装置であって、
導光部材は、光合成手段又は光分離手段を更に含む。
【請求項４５】
請求項３２記載の投影装置であって、
前記光源は、断面積が５ｍｍ２以下の光を投影する。
【請求項４６】
請求項３２記載の投影装置であって、
前記光源は、異なる２原色を発光する。
【請求項４７】
投影光路上に設けられた光学瞳に向けて所定の光量を投影するために、異なる偏向角へ振動制御される複数のマイクロミラーを有する空間光変調器へ投影するための照明光学系を介して光源から光を受ける投影装置であって、
コントローラは、第１及び第２の制御期間の少なくとも一方において、もしくは、１つ以上のサブ制御期間において、前記偏向型空間光変調器に入射する光の強度を増加又は減少させるために、前記第１の制御期間においてマイクロミラーを特定の偏向角に制御し、前記第２の制御期間においてマイクロミラーを振動させるように制御する。
【請求項４８】
請求項４７記載の投影装置であって、
前記コントローラは、前記光の強度を調整するために、マイクロミラーの共振周波数に同期して、前記第１及び第２の制御期間を制御する。
【請求項４９】
請求項４７記載の投影装置であって、
前記コントローラは、前記光の強度を調整するために、前記マイクロミラーをＯＮに切り替える最小時間単位に同期して、前記第１及び第２の制御期間を制御する。
【請求項５０】
請求項４７に記載の投影装置であって、
照明光が前記投影光路に偏向しない方向にミラー素子の偏向方向がある間、照明はＯＦＦに切り替えられる。
【請求項５１】
請求項４７に記載の投影装置であって、
前記光源光は、２段階以上の強度の光を投影するために変調される。
【請求項５２】
請求項４７記載の投影装置であって、
前記コントローラは、異なる色の画像を１フレーム期間内に順次表示する色順次方法を適用することによりカラー画像表示を構成する。
【請求項５３】
請求項４７記載の投影装置であって、
前記光源から前記偏向型空間光変調器に入射する光の強度を、１／ｎ（ｎは整数）に減少させる、又は、任意の度合いで増加又は減少させる。
【請求項５４】
請求項４７に記載の投影装置であって、
前記光源から前記偏向型空間光変調器に入射する光の強度を増加又は減少させると共に、
前記制御手段の制御の下に振動するミラー素子の振動振幅を増加又は減少させる。
【請求項５５】
請求項４７記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザー光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項５６】
請求項４７記載の投影装置であって、
前記光源は複数のサブ光源を有し、発光量、発光パターン、又は発光素子数の変化により、光の強度を増加又は減少させる。
【請求項５７】
請求項５６記載の投影装置であって、
光の強度が変更される間の期間は、ミラー素子の共振周波数に同期する。
【請求項５８】
請求項５６に記載の投影装置であって、
照明光が前記投影光路に偏向しない方向にミラー素子の偏向方向がある間、照明はＯＦＦに切り替えられる。
【請求項５９】
請求項５６に記載の投影装置であって、
光の強度が変更される間の期間は第１の制御期間であり、ミラー素子がＯＮに切り替えられる最小時間単位に同期して強度が変調される。
【請求項６０】
請求項５６記載の投影装置であって、
光源光は、２段階以上の強度へ変調される。
【請求項６１】
請求項５６記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザー光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項６２】
請求項５６記載の投影装置であって、
複数のサブ光源は、同一色又は異なる色のサブ光源からなる。
【請求項６３】
請求項５６記載の投影装置であって、
複数のサブ光源の発光パターンは、切り替えられる。
【請求項６４】
請求項６３記載の投影装置であって、
複数のサブ光源の発光パターンは、光軸に対称又は非対称に切り替えられる。
【請求項６５】
請求項６３記載の投影装置であって、
前記複数のサブ光源の発光パターンは、表示期間の間、切り替えられる。
【請求項６６】
請求項６３記載の投影装置であって、
前記コントローラは、異なる色の画像を１フレーム期間内に順次表示する色順次方法を適用することによりカラー画像表示を構成し、前記色の各々のための異なるサブフィールドの中で前記複数のサブ光源を制御する。
【請求項６７】
請求項５６記載の投影装置であって、
前記光源は、光源と導光部材からなる。
【請求項６８】
請求項６７記載の投影装置であって、
導光部材は、光合成手段又は光分離手段を含む。
【請求項６９】
請求項５６記載の投影装置であって、
前記光源の発光面積は５ｍｍ２以下である。
【請求項７０】
請求項５６記載の投影装置であって、
前記光源は、異なる２原色を発光する。
【請求項７１】
投影装置であって、
光源と、
前記光源からの光を集光し方向付ける照明光学手段と、
偏向型空間光変調器と、
前記偏向型空間光変調器によって変調された光を投影する投影光路と、
入力信号に基づいて、所望の光量が前記投影光路の光学瞳に向かうように前記偏向型空間光変調器の各ミラー素子の偏向角保持動作及び振動動作を制御する制御手段と、
を含み、
前記制御手段は、第１の制御期間においてミラー素子を特定の偏向角に制御し、第２の制御期間、第１及び第２の制御期間の一方において、前記偏向型空間光変調器に入射する光の強度を増加又は減少させる。
【請求項７２】
請求項７１記載の投影装置であって、
光の強度が変更される間の期間は、ミラー素子の共振周波数に同期する。
【請求項７３】
請求項７１に記載の投影装置であって、
光の強度が変更される間の期間は第１の制御期間であり、ミラー素子がＯＮに切り替えられる最小時間単位に同期して強度が変調される。
【請求項７４】
請求項７１に記載の投影装置であって、
入射光が前記投影光路に偏向されない状態にミラー素子がある間、前記光源はＯＦＦに切り替えられる。
【請求項７５】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源から前記偏向型光変調器へ入射する光の強度は、複数の段階で増加又は減少する。
【請求項７６】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記コントローラは、異なる色の画像を１フレーム期間内に順次表示する色順次方法を適用することによりカラー画像表示を構成する。
【請求項７７】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源から前記偏向型空間光変調器に入射する光の強度を、１／ｎ（ｎは整数）に減少させる、又は、任意の度合いで増加又は減少させる。
【請求項７８】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザー光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項７９】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源は複数のサブ光源を有し、発光量、発光パターン、又は発光素子数の変化により、光の強度を増加又は減少させる。
【請求項８０】
請求項７１記載の投影装置であって、
光の強度が変更される間の期間は、ミラー素子の共振周波数に同期する。
【請求項８１】
請求項７１に記載の投影装置であって、
照明光が前記投影光路に偏向しない方向にミラー素子の偏向方向がある間、照明はＯＦＦに切り替えられる。
【請求項８２】
請求項７１に記載の投影装置であって、
光の強度が変更される間の期間は第１の制御期間であり、ミラー素子がＯＮに切り替えられる最小時間単位に同期して強度が変調される。
【請求項８３】
請求項７１記載の投影装置であって、
光源光は、２段階以上の強度へ変調される。
【請求項８４】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源は、レーザー光源、又は、ＬＥＤ光源である。
【請求項８５】
請求項７１記載の投影装置であって、
複数のサブ光源は、同一色又は異なる色のサブ光源からなる。
【請求項８６】
請求項７１記載の投影装置であって、
複数のサブ光源の発光パターンは、切り替えられる。
【請求項８７】
請求項８６記載の投影装置であって、
複数のサブ光源の発光パターンは、光軸に対称又は非対称に切り替えられる。
【請求項８８】
請求項８６記載の投影装置であって、
前記複数のサブ光源の発光パターンは、表示期間の間、切り替えられる。
【請求項８９】
請求項８６記載の投影装置であって、
前記コントローラは、異なる色の画像を１フレーム期間内に順次表示する色順次方法を適用することによりカラー画像表示を構成し、前記色の各々のための異なるサブフィールドの中で前記複数のサブ光源を制御する。
【請求項９０】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源は、光源と導光部材からなる。
【請求項９１】
請求項９０記載の投影装置であって、
導光部材は、光合成手段又は光分離手段を含む。
【請求項９２】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源の発光面積は５ｍｍ２以下である。
【請求項９３】
請求項７１記載の投影装置であって、
前記光源は、異なる２原色を発光する。
【請求項９４】
複数のサブ光源を含む光源であって、
サブ光源の発光又は非発光のパターンは、任意に変更可能に構成される。
【請求項９５】
請求項９４記載の光源であって、
複数のサブ光源は、同一色又は異なる色のサブ光源からなる。
【請求項９６】
請求項９４記載の光源であって、
前記光源は、光源と導光部材からなる。
【請求項９７】
請求項９６記載の光源であって、
導光部材は、光合成手段又は光分離手段を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示システムに関する。より詳細には、本発明は、画像表示の階調を制御するために入射光束の制御可能な強度分布を投影する、光源を有した表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械的マイクロミラーデバイスを空間光変調器として実装する技術における著しい進歩が近年において見られるが、高品質な画像表示を提供するために用いようとすると、未だに制約や問題が多い。具体的には、表示画像をデジタル制御すると、画像が十分な階調数で表示されないことによって画質に悪影響がでる。
【０００３】
電気機械的マイクロミラーデバイスは、空間光変調器（ＳＬＭｓ）として応用できることから多大な注目を集めている。空間光変調器は、比較的多くのマイクロミラーデバイスの配列を必要とする。一般に、必要とされるデバイスの数は、それぞれのＳＬＭに対して六万から数百万に上る。図１Ａには、表示スクリーン２を含む米国特許第５２１４４２０号で開示されるデジタルビデオシステム１が示される。光源１０は、表示スクリーン２で最大の照度を得るための光エネルギーを生成するために用いられる。生成された光９は、ミラー１１によって更に集束され、レンズ１２の方向に向けられる。レンズ１２、１３、及び１４は、ビームコラムネータを形成して、光９を光８のコラムにコラムネートするように動作する。空間光変調器１５は、データケーブル１８上で伝達されるデータを介してコンピュータ１９により制御され、光路７からの光の一部をレンズ５の方向へ選択的に向ける。その結果、スクリーン２に表示される。ＳＬＭ１５は、例えば、図１Ｂに示されるような、ヒンジ３０に取付けられる、反射素子としての素子１７、２７、３７、及び４７などのマイクロミラーデバイス３２のような、切換え可能な反射素子の配列を備える表面１６を有する。素子１７がある位置にあるとき、光路７からの光の一部は光路６を沿ってレンズ５に向けられる。ここで、光は、照射された画素３を形成するために、表示スクリーン２に当たるよう光路４に沿って拡大又は拡散される。素子１７が別の位置にあるとき、光は表示スクリーン２の方向に向けられず、よって画素３は暗いままとなる。
【０００４】
米国特許第５２１４４２０号、及び殆どの従来の表示システムで実現されているようなマイクロミラー制御方式のＯＮ／ＯＦＦ状態においては、表示される画質に制限がある。具体的には、制御回路の従来の構成を適用することにより、従来のシステム（ＯＮ／ＯＦＦ状態の間のＰＷＭ）の階調がＬＳＢ（最小ビット、又は最小パルス幅）によって制限されるといったような制約を受ける。従来のシステムにおけるＯＮ／ＯＦＦ状態により、ＬＳＢよりも短いパルスを提供する方法がない。階調を決定する最小の輝度は、最小パルス幅の間に反射される光である。制限された階調は、画像表示の劣化につながる。
【０００５】
具体的に、図１Ｃは、米国特許第５２８５４０７号にかかる、従来技術によるマイクロミラー用の制御回路の回路図を例示する。制御回路はメモリセル３２を備える。様々なトランジスタが「Ｍ＊」と参照されているが、「＊」はトランジスタの番号を指定し、それぞれのトランジスタは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタである。トランジスタＭ５及びＭ７はｐチャンネルトランジスタであり、トランジスタＭ６、Ｍ８、及びＭ９はｎチャンネルトランジスタである。キャパシタンスＣ１及びＣ２は、メモリセルに示される容量負荷を示す。メモリセル３２は、スタティックランダムアクセススイッチメモリ（ＳＲＡＭ）方式の基盤となるアクセススイッチトランジスタＭ９及びラッチ３２ａを備える。行に位置するすべてのアクセストランジスタＭ９は、別のビット線３１ａからデータ信号を受信する。書き込まれる特定のメモリセル３２は、ワード線として機能する行信号を用いて、適切な行選択トランジスタＭ９をＯＮ状態にすることによりアクセスされる。ラッチ３２ａは、状態１がノードＡ：ＨＩＧＨかつノードＢ：ＬＯＷ、状態２がノードＡ：ＬＯＷかつノードＢ：ＨＩＧＨである２つの安定した状態を可能にする２つの交差結合されたインバータより形成される。
【０００６】
制御回路によって図示されるデュアルステートのスイッチングは、マイクロミラーを、図１Ａに示されるように、ＯＮ又はＯＦＦの角度に配向する。輝度、すなわちデジタル制御される画像システムの表示階調が、マイクロミラーがＯＮ位置にある時間の長さにより決定される。マイクロミラーがＯＮ位置に制御される時間の長さは、多重ビットワードにより順に制御される。図をより解かりやすくするために、図１Ｄは、４つのビットワードにより制御される場合の「二値時間間隔」を示す。図１Ｄに示されるように、時間の長さは１、２、４、８の相対値を有し、それらの値は４つのビットの相対的な輝度を順に決定する。ここで、１は最下位のビットを示し、８は最上位ビットを示す。図示される制御機構によると、異なる輝度を表示する階調間の制御可能な最小の差異は、マイクロミラーをＯＮ位置に保持する「最下位ビット」により表される輝度である。
【０００７】
隣接する画像ピクセルが、制御可能な階調の非常に粗いスケールに起因する大幅な階調差で示される場合、不自然な結果が、隣接する画像ピクセル間に示される。これは、画像の劣化に繋がる。隣接する画素ピクセル間に「より大きなずれ」がある場合、画像劣化は、表示の明るい領域に特に顕著である。その劣化は女性モデルの画像の中に見られ、不自然な結果がその額、鼻の側面、腕の上部に見られる。これらの不自然な結果は、デジタル制御の表示が十分な階調を提供しないという技術的な制約により生成されるものである。例えば、額、鼻の側面、腕の上部などの表示の明るい部分においては、隣接するピクセルが、光強度の可視的なずれと共に表示される。
【０００８】
マイクロミラーには完全にＯＮの位置及び完全にＯＦＦの位置があるため、光強度は、マイクロミラーが完全にＯＮの位置にある時間の長さによって決定される。表示階調数を増加させるためには、デジタル制御信号がより高いビット数に増加され得るように、マイクロミラーの速度が高められなければならない。しかしながら、マイクロミラーの速度が高められる際には、指定された動作寿命に要求される動作サイクル数を維持するために、マイクロミラーに強度のあるヒンジが必要とされる。より強化されたヒンジで支持されたマイクロミラーを駆動するためには、より高い電圧が必要とされる。その電圧は、２０ボルトを超える場合もあり、３０ボルトに達する場合すらある。ＣＭＯＳ技術を適用することによるマイクロミラー製造は、そのような高い電圧域における動作には適していない場合が多くあり、そのために、ＤＭＯＳマイクロミラーが必要とされる場合もある。ＤＭＯＳマイクロミラーが実装された場合、高い値の階調を実現するためには、より複雑な製造工程及びより大きなデバイスの領域が必要となる。それ故に、マイクロミラー制御における従来の方式は、階調の正確さが、動作電圧の制約に起因する、より小さく、より経済的なマイクロミラー表示といった利点の犠牲になってしまうという技術的問題に直面するものであった。
【０００９】
光強度制御に関連した複数の特許が存在する。それらの特許には、米国特許第５５８９８５２号、米国特許第６２３２９６３号、米国特許第６５９２２２７号、米国特許第６６４８４７６号、及び米国特許第６８１９０６４号などがある。さらに、光源の異なった形に関する特許及び特許出願がある。それらの特許は、米国特許第５４４２４１４号、米国特許６０３６３１８号、及び米国特許出願公開第２００３／０１４７０５２号などがある。米国特許第６７４６１２３号には、光の損失を防ぐための空間的に偏光された光源が開示されている。しかしながら、これらの特許及び特許出願は、デジタル制御された画像表示システムにおいて、不十分な階調により引き起こされる制約を克服する効果的な解決を提供してはいない。
【００１０】
空間光変調器に関連する複数の特許には、さらに、米国特許第２０２５１４３号、米国特許第２６８２０１０号、米国特許第２６８１４２３号、米国特許第４０８７８１０号、米国特許第４２９２７３２号、米国特許第４４０５２０９号、米国特許第４４５４５４１号、米国特許第４５９２６２８号、米国特許第４７６７１９２号、米国特許第４８４２３９６号、米国特許第４９０７８６２号、米国特許第５２１４４２０号、米国特許第５２８７０９６号、米国特許第５５０６５９７号、及び米国特許第５４８９９５２号などがある。しかしながら、これらの発明は、上記に述べられた制約及び困難を克服する直接の解決策に対処するものではなく、かつ、該当する技術分野で通常の技能を有する者に対して直接の解決策を供給するものでもない。
【００１１】
したがって、上述の困難が解決され得るような新規且つ向上したシステムを提供するために、空間光変調器のようなマイクロミラー配列のデジタル制御を適用する画像表示システムの技術分野においては、未だに必要性が存在する。
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、入射光束内で所定の光強度分布で入射光を投影する光源の制御に関する。入射光の強度分布を制御する目的は、より柔軟に制御可能な表示の階調を提供するために中間状態制御を有する空間光変調器（ＳＬＭ）と連携してそのような分布を適用することである。付加的な階調表示の制御および生成は、マイクロミラー振動のより速い速度を必要とせず実現が可能であり、したがって、低い作動電圧を保つことができる。
【００１３】
別の様態においては、本発明は、制御可能な強度分布または入射光束の投影形状の制御可能な変化を提供するために入力光源を制御することによって、階調が増した、新規かつ改良された表示を有する投影装置を提供する。不均一又は非対称な光強度及び入射光断面形状は、入射光光学系の瞳上にあり、ＳＬＭの表面上にはない。入射光がＳＬＭ上で均一でない場合、スクリーン上の投影画像は均一な画像でない。
【００１４】
さらに別の様態においては、本発明は、瞳における、不均一な入射光または入射光断面の様々な形状を光路に沿って投影する投影装置を提供する。入射光の強度分布または断面形状を制御することによって、表示のための完全ＯＮ状態の部分的な輝度を提供するための付加的な制御可能状態で、隣接ピクセル間の輝度の違いの、より細かい階調を投影するために表示階調が制御可能となる。大きな階調のずれを有する隣接ピクセルによって引き起こされる表示上に示される厄介な不自然な結果は、大幅に削減することが可能である。
【００１５】
さらに別の様態においては、本発明は、特別に構成された光源を備えることによって、入射光の形状および強度分布を制御する方法を提供する。また、その方法は、マイクロミラーデバイスのアレイで、入射光の形状及び強度を調整するステップを含む。選択的に、そのマイクロミラーは、逆の方向に振動させたり、マイクロミラーが完全な振動サイクルを完了する前に停止させたりすることも可能である。そのような制御の柔軟性及び中間振動状態の間の画像表示のための部分的な輝度に支援され、それぞれの画像ピクセル、特に、階調差が光の高強度投影により部分的に増幅される高輝度表示領域に対する階調を微調整するための付加的な柔軟性が提供される。
【００１６】
様々な図面によって示される好適な実施形態による下記の詳細な説明を読んだ後には、本発明の、これら又は他の目的及び利点が、当業者にとって疑いも無く明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第１の実施形態による動作原理を説明するための、図２及び図３を参照する。第１の実施形態は、照明からの光路に位置する偏向型空間光変調器を用いた投影装置であり、その光路は、入射光の分散が階調の向上に最適となるように、階調の最適化を実現するために、瞳孔、瞳、又は絞りで不均一な光分布を有する。
【００１８】
図２及び図３において、表示システム（１）は、本実施形態に係る投影装置の主要構成を模式的に示している。この投影装置は、光源４１と、光源４１からの光を集光し方向付ける例えば集光レンズ等の照明光学手段４２と、照明光学手段４２からの光を偏向型空間光変調器（以下単に「ＳＬＭ」という）４４へ反射するミラー４３と、入力信号に基づいて、所望の光量が投影光学系４６の瞳４６ａに向かうようにＳＬＭ４４の各偏向ミラー（４４ａ等）の偏向角保持動作及び振動動作を制御するコントロールユニット４５と、コントロールユニット４５の制御の下に各偏向ミラーの偏向角保持動作又は振動動作を行い各偏向ミラーに入射した光（照明光）を反射するＳＬＭ４４と、ＳＬＭ４４からの反射光を投影する投影光学系４６などを有する。なお、偏向ミラーはミラー素子ともいう。
【００１９】
また、詳しくは後述するように、この投影装置では、ＳＬＭ４４の各偏向ミラー（４４ａ等）への入射ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）の範囲内で照明光の強度分布又は平均光量が不均一になるように、又は／且つ、その範囲内で照明光の光束断面が照明光の光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状になるように、光源４１、又は／及び、照明光学手段４２が構成されている。
【００２０】
さらに、表示システム（１）は、入射光を投影光学系４６の瞳４６ａへ偏向するために、光源４１が、コントロールユニット４５によって制御されるＳＬＭ４４に光を反射するためのミラー４３に光を投影することを示している。
【００２１】
図２及び図３において、（２）から（５）の各々は、本実施形態に係る投影装置の一部構成を模式的に示している。但し、（２）から（５）の各々は、（１）に対して偏向ミラー（ここでは４４ａとする）の角度位置を表すミラー状態が異なる。
【００２２】
より詳しくは、図２及び図３の（１）におけるミラー状態は、偏向ミラー４４ａで反射した光の光軸が投影光学系４６の光軸と一致するときの偏向ミラー４４ａの状態を表している。
【００２３】
図２の（２）におけるミラー状態は、偏向ミラー４４ａで反射した光の光軸が、投影光学系４６の光軸から、同図の紙面に対して平行に同図右側へ角度θ１傾くときの偏向ミラー４４ａの状態を表している。
【００２４】
図２及び図３の（３）におけるミラー状態は、偏向ミラー４４ａで反射した光の光軸が、投影光学系４６の光軸から、同図の紙面に対して平行に同図右側へ角度θ２（但し、θ１＜θ２）傾くときの偏向ミラー４４ａの状態を表している。
【００２５】
図２及び図３の（４）におけるミラー状態は、偏向ミラー４４ａで反射した光の光軸が、投影光学系４６の光軸から、同図の紙面に対して平行に同図右側へ角度θ３（但し、θ２＜θ３）傾くときの偏向ミラー４４ａの状態を表している。
【００２６】
図３の（５）におけるミラー状態は、偏向ミラー４４ａで反射した光の光軸が、投影光学系４６の光軸から、同図の紙面に対して垂直に同図奥側へ角度θ１傾いたときの偏向ミラー４４ａの状態を表している。
【００２７】
すなわち、（２）、（３）、（４）、及び（５）は、ＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａが異なる偏向角へ動いた際の、ＳＬＭ４４からの偏光された光を示している。
【００２８】
また、（１）は全入射光が画像表示のために投影光学系４６の瞳４６ａに投影される完全ＯＮ位置を表し、一方、（２）、（３）、及び（５）は中間状態を表し、（４）は完全ＯＦＦ位置を表す。
【００２９】
ＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａが完全ＯＮ位置にあるとき、（Ａ−１）に示されるように入射光が円形を有する場合の瞳４６ａにおける光強度分布を示すための、図２に示される（Ａ−１）から（Ａ−４）を参照する。（Ａ−２）、（Ａ−３）、及び（Ａ−４）に示されるように、ＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａが異なる角度位置へと振動しているときに、瞳４６ａにおける投影光の形状が徐々に変化し、一方で、完全ＯＮ位置から完全ＯＦＦ位置への（Ａ−１）から（Ａ−４）で示されるものに従ってＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａが、異なる位置へ移動するときの光強度変化が図２の（Ａ−ＭＬ）に示される。
【００３０】
なお、（Ａ−１）から（Ａ−４）の各々は、（１）から（４）の各々におけるミラー状態のときの偏向ミラー４４ａからの反射光束と瞳４６ａとを示し、その反射光束の断面を太線で表している。また、（Ａ−１）と（Ａ−２）は、その反射光速の断面における光の強度分布も併せて示しており、瞳４６ａに含まれる範囲を斜線で表している。（Ａ−１）から（Ａ−４）に示す例は、（１）におけるミラー状態のときの瞳４６ａの位置において、（Ａ−１）に示すように、反射光束の断面と瞳４６ａとが一致し、且つ、その位置での光の強度分布として正規分布である分布４７が得られるような光が偏向ミラー４４ａに入射したときの例である。ここで、強度分布４７は、ミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に対して略平行な方向に不均一な分布でもある。（Ａ−ＭＬ）は、この例において、ミラー状態を（１）から（４）へ変化させたときの瞳４６ａ内の光強度を示している。
【００３１】
正円ではない楕円形の入射光のための、図２に示される（Ｂ−１）から（Ｂ−４）を参照する。図２に示される（Ｂ−ＭＬ）は、光強度が（Ａ−ＭＬ）に示されたものと比べて異なった分布を有することを明らかに示す。したがって、入射光の形状を変えることにより、偏向ミラー４４が異なった角度位置に動いし、光強度分布は調節され得る。
【００３２】
なお、同様に、（Ｂ−１）から（Ｂ−４）の各々は、（１）から（４）の各々におけるミラー状態のときの偏向ミラー４４ａからの反射光束と瞳４６ａとを示し、その反射光束の断面を太線で表している。また、（Ｂ−１）と（Ｂ−２）は、その反射光速の断面における光の強度分布も併せて示しており、瞳４６ａに含まれる範囲を斜線で表している。（Ｂ−１）から（Ｂ−４）に示す例は、（１）におけるミラー状態のときの瞳４６ａの位置において、（Ｂ−１）に示すように、反射光束の断面が瞳４６ａを含んでしまうような楕円形状であってその長軸方向がミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に平行となり、且つ、瞳４６ａの位置での光の強度分布として正規分布である分布４８が得られるような光が偏向ミラー４４ａに入射したときの例である。ここで、強度分布４８は、ミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に対して略平行な方向に不均一な分布でもある。（Ｂ−ＭＬ）は、この例において、ミラー状態を（１）から（４）へ変化させたときの瞳４６ａ内の光強度を示している。（Ｂ−ＭＬ）に示したように、ミラー状態の変化に伴う光強度の傾きを緩やかにすることができ、微細出射光が得られる偏向ミラーの偏向角範囲を広げることができる。これにより、例えば、偏向ミラーを構成する部品（ヒンジ等）の製造ばらつきに起因してミラーの偏向角がばらついた時の光強度の変化の度合いを少なくすることができる。よって、偏向ミラー制御に対する要求精度を下げることができる。
【００３３】
同様に、図２に示される（Ｃ−１）から（Ｃ−４）において、偏向ミラー４４ａが完全ＯＮ位置と完全ＯＦＦ位置の間の中間状態にかけて動くとき、入射光の強度が非対称の分布を有し、図２の（Ｃ−ＭＬ）に示されるように投影光強度が異なった変化を有する。この入射光の強度分布は、中間状態における低い画像光強度により、付加的な振動制御期間を可能にする。したがって、この入射光の強度分布は、より大きな階調数のために、中間状態の付加的な階調制御を可能にする。
【００３４】
なお、同様に、（Ｃ−１）から（Ｃ−４）の各々は、（１）から（４）の各々におけるミラー状態のときの偏向ミラー４４ａからの反射光束と瞳４６ａとを示し、その反射光束の断面を太線で表している。また、（Ｃ−１）と（Ｃ−２）は、その反射光速の断面における光の強度分布も併せて示しており、瞳４６ａに含まれる範囲を斜線で表している。（Ｃ−１）から（Ｃ−４）に示す例は、（１）におけるミラー状態のときの瞳４６ａの位置において、（Ｃ−１）に示すように、反射光束の断面と瞳４６ａとが一致し、且つ、その位置での光の強度分布として、（４）におけるミラー状態のときの反射光の光軸方向へ傾いた分布４９が得られるような光が偏向ミラー４４ａに入射したときの例である。ここで、強度分布４９は、ミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に対して略平行な方向に不均一な分布でもある。（Ｃ−ＭＬ）は、この例において、ミラー状態を（１）から（４）へ変化させたときの瞳４６ａにおける光強度を示している。このように、光の強度分布を分布４９のように傾けておくことによって、（１）におけるミラー状態から（４）におけるミラー状態へ向かって偏向ミラー４４ａを僅かに傾けるだけで中間光量を得ることができる。また、（４）におけるミラー状態のときには、（Ｃ−４）に示したように、光の強度分布の高強度点が瞳４６ａから、より遠ざかるので、完全にＯＦＦの位置のときのコントラストを向上させることができる。
【００３５】
図２に示される（Ｄ−１）から（Ｄ−４）は、ＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａが完全ＯＮから完全ＯＦＦ位置まで動く際に、入射光が不規則な双眼の形状を有し、図２の（Ｄ−ＭＬ）に示されるような光強度変化が異なった変化を有することを示す。
【００３６】
なお、同様に、（Ｄ−１）から（Ｄ−４）の各々は、（１）から（４）の各々におけるミラー状態のときの偏向ミラー４４ａからの反射光束と瞳４６ａとを示し、その反射光束の断面を太線で表している。また、（Ｄ−１）と（Ｄ−２）は、その反射光束の断面における光の強度分布も併せて示しており、瞳４６ａに含まれる範囲を斜線で表している。（Ｄ−１）から（Ｄ−４）に示す例は、（１）におけるミラー状態のときの瞳４６ａの位置において、（Ｄ−１）に示すように、反射光束の断面が、２つの楕円をミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に直列に配置した形状をしており、且つ、その断面形状に伴って、瞳４６ａの位置での光の強度分布として、高強度の山がミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に直列に配置された分布５０が得られるような光が偏向ミラー４４ａに入射したときの例である。ここで、その反射光束の断面形状の長軸方向は、ミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に垂直である。また、強度分布５０は、ミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動方向に対して略平行な方向に不均一な分布でもある。（Ｄ−ＭＬ）は、この例において、ミラー状態を（１）から（４）へ変化させたときの瞳４６ａにおける光強度を示している。このように、光の強度分布を分布５０のようにしておくことによって、（Ｄ−ＭＬ）に示したように、光強度の変化に変曲点を設け、この変曲点付近では光強度の変化が緩やかとなるので安定した中間光量を得ることができる。
【００３７】
これらの例から、入射光の強度分布を制御することにより、付加的な階調を生成するための画像表示強度の変更のために、付加的な制御が実現され得る。各例において説明したように、コントロールユニット４５はＳＬＭ４４による照射光の偏向状態の複数の状態制御を可能にし、各例は、前述のような最適化された偏向過程において光路への入射光の変更を利用しながら、所望の光強度を光路に導くことにより、より大きな階調数での投影を実現する。また、ＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａのより少ない動きが中間強度を実現するために要求されるように、強度分布がＯＦＦ位置へシフトされることに留意されたい。光分布のピークは瞳４６ａの位置から離れており、これがＯＦＦ位置でのコントラストを向上させる。強度のピークは、光軸の偏向方向に向けてシフトされる。これは曲率の変化を引き起こし、この変化が、より容易な中間状態生成を可能にする。
【００３８】
ＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａが完全ＯＮ位置にあるとき、入射光が図３の（Ｅ−１）及び（Ｆ−１）に示される形状及び強度分布を有するところの、投影装置の入射光の投影のための、図３に示される（１）、（５）、（３）、及び（４）を参照する。図３に示される（Ｅ−ＭＬ）及び（Ｆ−ＭＬ）は、偏向ミラー４４ａが完全ＯＮ位置から完全ＯＦＦ位置に動く際の表示光強度を示す。また、投影光学系４６の瞳４６ａにおける入射光の形状及び強度分布を変更及び制御することにより、（Ｅ−ＭＬ）及び（Ｆ−ＭＬ）に示されるような画像の光強度が、より大きな階調数を生成するために、制御され得る。入射光の強度分布は、ＳＬＭ４４の偏向ミラー４４ａが、光軸の移動面以外に位置した中間状態を有するという前提の基に実現される。（Ｆ−ＭＬ）は、安定した出力光を得るために制御の柔軟性が提供されていることを示している。
【００３９】
なお、図３において、上記と同様に、（Ｅ−１）、（Ｅ−５）、（Ｅ−３）、（Ｅ−４）の各々と（Ｆ−１）、（Ｆ−５）、（Ｆ−３）、（Ｆ−４）の各々は、（１）、（５）、（３）、（４）の各々におけるミラー状態のときの偏向ミラー４４ａからの反射光束と瞳４６ａとを示し、その反射光束の断面を太線で表している。また、（Ｅ−１）、（Ｅ−５）と（Ｆ−１）、（Ｆ−５）は、その反射光速の断面における光の強度分布も併せて示しており、瞳４６ａに含まれる範囲を斜線で表している。
【００４０】
（Ｅ−１）、（Ｅ−５）、（Ｅ−３）、（Ｅ−４）に示す例は、（１）におけるミラー状態のときの瞳４６ａの位置において、（Ｅ−１）に示すように、反射光束の断面と瞳４６ａとが一致し、且つ、その位置での光の強度分布として正規分布である分布５１が得られるような光が偏向ミラー４４ａに入射したときの例である。ここで、強度分布５１は、ミラー状態の変化（但し（１）、（３）、（４）間の変化）に伴う反射光の光軸の移動方向に対して略垂直な方向に不均一な分布でもある。（Ｅ−ＭＬ）は、この例において、ミラー状態を（５）、（１）、（３）、（４）へ変化させたときの瞳４６ａにおける光強度を示している。
【００４１】
（Ｆ−１）、（Ｆ−５）、（Ｆ−３）、（Ｆ−４）に示す例は、（１）におけるミラー状態のときの瞳４６ａの位置において、（Ｆ−１）に示すように、反射光束の断面が、２つの楕円をミラー状態の変化（但し（１）、（３）、（４）間の変化）に伴う反射光の光軸の移動方向に対して垂直に配置した形状をしており、且つ、その断面形状に伴って、その位置での光の強度分布として、高強度の山がミラー状態の変化（但し（１）、（３）、（４）間の変化）に伴う反射光の光軸の移動方向に対して垂直に配置された分布５２が得られるような光が偏向ミラー４４ａに入射したときの例である。ここで、その反射光束の断面形状の長軸方向は、ミラー状態の変化（但し（１）、（３）、（４）間の変化）に伴う反射光の光軸の移動方向に平行である。また、強度分布５２は、ミラー状態の変化（但し（１）、（３）、（４）間の変化）に伴う反射光の光軸の移動方向に対して略垂直な方向に不均一な分布でもある。（Ｆ−ＭＬ）は、この例において、ミラー状態を（５）、（１）、（３）、（４）へ変化させたときの瞳４６ａにおける光強度を示している。この例によれば、投影光学系４６から安定した出射光を得ることができる。
【００４２】
図３に示した各例は、中間光量を得るときのミラー状態における反射光の光軸が、図２の各例に示したミラー状態の変化に伴う反射光の光軸の移動平面以外に設けられた例である。
【００４３】
次に、上述のような、投影光学系４６の瞳４６ａの位置において光束断面の強度分布が不均一となる反射光、又は／及び、その光束断面の形状が光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状となる反射光を得るための、光源４１、又は／及び、照明光学手段４２の構成について詳細に説明する。なお、この構成は、ＳＬＭ４４の各偏向ミラー（４４ａ等）への入射ＮＡの範囲内で照明光の強度分布又は平均光量を不均一にするための構成、又は、その範囲内で照明光の光束断面が照明光の光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状にするための構成でもある。
【００４４】
照明画像にまたは照明周辺に位置した、光学装置の散乱または発散の特性が不均一であるところの投影装置を説明するために、図４を参照する。なお、「照明画像に」とは光源像の結像面も含み、「照明周辺」とは光源４１の近傍も含む。図４は、光源４１と、照明光学手段４２に含まれる光学素子６１とを模式的に示している。光源像の結像面、又は光源４１の近傍に設けられた光学素子６１は、不均一な拡散特性又は散乱特性を有する光学素子であって、例えば、部分的に透過率が異なるフィルター等である。このような光学素子６１を含む照明光学手段４２によって、照明光に不均一な強度分布を付与することが可能である。
【００４５】
図５Ａ及び図５Ｂは、照明の投影が、複数のマイクロレンズを含むフライアイレンズからであるところの投影装置を示し、各マイクロレンズは、例えば、反射率、偏向角、または、光透過度、曲線因子などの、異なる光学的特性で制御または構成され得る。なお、図５Ａ及び図５Ｂは、照明光学手段４２に含まれるフライアイレンズであって、光学的特性が異なるマイクロレンズを含む複数のマイクロレンズからなるフライアイレンズを模式的に示している。但し、図５Ａは、透過率が異なるマイクロレンズを含む複数のマイクロレンズからなるフライアイレンズ６２を示し、図５Ｂは、開口率が異なるマイクロレンズを含む複数のマイクロレンズからなるフライアイレンズ６３を示している。このようなフライアレイレンズを含む照明光学手段４２によっても、照明光に不均一な強度分布を付与することが可能である。
【００４６】
ここで、照明光学手段４２の具体的な構成例を説明する。
【００４７】
図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃは、本実施形態に係る投影装置を模式的に示している。但し、図６Ａ乃至６Ｃでは、便宜上、光がＳＬＭ４４を透過しているように示しているが、実際には、図２及び図３に示したように、光はＳＬＭ４４で反射する。また、図６Ａ乃至６Ｃでは、ＳＬＭ４４と投影光学系（投影レンズ）４６との間に集光レンズ６４が設けられているが、図２及び図３ではこれを省略している。
【００４８】
図６Ａに示した構成例では、照明光学手段４２は、集光レンズ６５と、フライアイレンズ６６、６７と、照明レンズ６８を有する。この構成例によれば、図２及び図３に示した（１）におけるミラー状態のときの投影光学系４６の瞳４６ａの位置における光束断面の強度分布は、分布６９のようになる。
【００４９】
図６Ｂに示した構成例では、照明光学手段４２は、集光レンズ６５と、フィルター７０と、フライアイレンズ６６、６７と、照明レンズ６８を有する。すなわち、図６Ａに示した集光レンズ６５とフライアイレンズ６６との間に、フィルター７０を設けた構成である。フィルター７０は、斜線部分が他の部分に比べて透過率が低いフィルターである。なお、フィルター７０は、図４に示した光学素子６１の一例でもある。この構成例によれば、図２及び図３に示した（１）におけるミラー状態のときの投影光学系４６の瞳４６ａの位置における光束断面の強度分布は、分布７１のようになり、図６Ａに示した分布６９に比べて、中心部分の光量を下げることができる。
【００５０】
図６Ｃに示した構成例では、照明光学手段４２は、集光レンズ６５と、フライアイレンズ６６´、６７´と、照明レンズ６８を有する。すなわち、図６Ａに示したフライアイレンズ６６、６７の代わりに、それらとは光学的特性が異なるフライアイレンズ６６´、６７´を有する。図６Ａに示したフライアイレンズを構成する複数のマイクロレンズはいずれも光学的特性が同一であったが、図６Ｃに示したフライアイレンズを構成する複数のマイクロレンズは、光学的特性（図６Ｃの例では開口数）が異なるマイクロレンズを含んでいる。なお、フライアイレンズ６６´、６７´は、図５Ｂに示したフライアイレンズ６３の一例でもある。この構成例によれば、図２及び図３に示した（１）におけるミラー状態のときの投影光学系４６の瞳４６ａの位置における光束断面の強度分布は、分布７２のようになり、図６Ａに示した分布６９に比べて傾きを緩やかにすることができる。
【００５１】
入射光の強度分布または形状の柔軟な制御は、都合良く得られ得る。例えば、光束の断面は、画像を表示するための、照明からＳＬＭ４４まで、またはＳＬＭ４４からスクリーンまでの、光路の一部における光路の軸の周りで非対称である。これは、すなわち、光源４１からＳＬＭ４４に至る照明光路、もしくはＳＬＭ４４から不図示の画像表示面に至る投影光路の少なくとも一部において、光束断面が光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状であるともいうことができる。このような投影装置は、異なる状況で最良の画像を生成するために、光強度分布が不均一であり、照明領域が不均一である、入射光の投影に適用されてもよい。光束断面の強度分布が不均一であり、放射野が非対称である例は、例えば、図２の（Ｄ−１）から（Ｄ−４）を参照して説明されている。
【００５２】
本実施形態に係る投影装置においては、光源４１の光学的位置を変化させるように構成することもできる。
【００５３】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、光源４１の光学的位置を変化させるための構成例を説明する図である。この構成例は、図７Ａに示したように、光路に挿入あるいは光路から排除可能な平行平面板７３（７３ａ、７３ｂ）を用いて、光源４１の光学的位置を変化させるようにした例である。平行平面板７３は、光路に対して垂直な平行平面板部分７３ａと、その平行平面板部分７３ａに対して所定角度傾いた平行平面板部分７３ｂとが並列に一体として構成されている。
【００５４】
図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃは、平行平面板部分７３ｂが光路に挿入され、平行平面板部分７３ａが光路から排除された状態を示し、図７Ｄ及び７Ｅは、平行平面板部分７３ａが光路に挿入され、平行平面板部分７３ｂが光路から排除された状態を示している。なお、図７Ｂ及び７Ｄは上面図であり、図７Ｃ及び７Ｅは側面図である。また、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、及び７Ｄには、光源４１と平行平面板７３との間に集光レンズ７４が設けられているが、図７Ａでは、これを省略して示している。
【００５５】
このような構成例によれば、光路に挿入する平行平面板部分を７３ａから７３ｂに変更することによって、図７Ｅから図７Ｃに示したように光路をシフトさせることができ、結果として、光源４１の光学的位置を変化させることができる。また、このように光源４１の光学的位置を変化させることによって、ＳＬＭ４４に入射する光束の強度分布を制御することもできる。
【００５６】
入射光の光強度分布を制御するための本発明の光源の代わりの例のための、図８Ａおよび図８Ｂを参照する。この光源は、それぞれの発光素子が、光強度分布を制御するためにＯＮ／ＯＦＦ制御される、発光素子のアレイを含む。
【００５７】
なお、図８Ａ及び８Ｂは、光源４１の光学的位置を変化させるための他の構成例を示している。この構成例では、光源４１は、複数のサブ光源である発光素子がアレイ状に並べられた構成を有し、発光させる発光素子と発光させない発光素子とを選択することによって、光源４１の光学的位置を変化させるようにした例である。なお、発光素子は、例えばレーザー光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源等である。
【００５８】
図８Ａに示した光源４１では、発光面の左側２列の発光素子が発光し、残りが発光していない状態を示し、図８Ｂに示した光源４１では、発光面の右側２列の発光素子が発光し、残りが発光していない状態を示している。このように、発光させる発光素子と発光させない発光素子とを選択することによって、光源４１の光学的位置を変化させることができる。また、このように光源４１の光学的位置を変化させることによって、ＳＬＭ４４に入射する光束の強度分布を制御することもできる。
【００５９】
また、本実施形態に係る投影装置においては、ＳＬＭ４４の各偏向ミラーへの入射ＮＡの範囲内で照明光の強度分布を一様とし、その照明光の光束断面が照明光の光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状にすることで、図２及び図３に示したようなミラー状態と光強度との関係を調整することもできる。すなわち、照射野を異形にするだけで、その関係を調整することもできる。なお、照射野を異形にする例は、図２に示した（Ｂ−１）乃至（Ｂ−４）及び（Ｄ−１）乃至（Ｄ−４）や、図３に示した（Ｆ−１）乃至（Ｆ−４）を用いて説明したとおりである。
【００６０】
また、本実施形態に係る投影装置においては、複数の照明光束を存在させるように構成することもできる。
【００６１】
投影光学系４６の瞳４６で不均一な分布になりうる制御可能な光強度分布を生成するための１つまたは複数の光源を備える投影装置のための、図９Ａから図９Ｃを参照する。
【００６２】
なお、図９Ａ乃至９Ｃは、複数の照明光束を存在させるための構成例を示している。但し、図９Ａ乃至９Ｃでは、便宜上、光がＳＬＭ４４を透過しているように示しているが、実際には、図２及び図３に示したように、光はＳＬＭ４４で反射する。また、図９Ａ乃至９Ｃでは、ＳＬＭ４４と投影光学系（投影レンズ）４６との間に集光レンズ６４が設けられているが、図２及び図３ではこれを省略している。
【００６３】
図９Ａに示した構成例では、光源４１は、２つのサブ光源７６（７６ａ、７６ｂ）を有し、照明光学手段４２は、２つの第１集光レンズ７７（７７ａ、７７ｂ）と、２つの第２集光レンズ７８（７８ａ、７８ｂ）と、２つのリレーレンズ７９（７９ａ、７９ｂ）と、照明レンズ６８とを有する。この構成例では、サブ光源７６ａから、第１集光レンズ７７ａ、第２集光レンズ７８ａ、リレーレンズ７９ａ、及び照明レンズ６８を通ってＳＬＭ４４に入射する照明光束と、サブ光源７６ｂから、第１集光レンズ７７ｂ、第２集光レンズ７８ｂ、リレーレンズ７９ｂ、及び照明レンズ６８を通ってＳＬＭ４４に入射する照明光束という２つの照明光束が存在する。このように、この構成例では、２つのサブ光源により２つの照明光束が得られる。
【００６４】
図９Ｂに示した構成例では、照明光学手段４２は、第１集光レンズ８０と、光路分離素子８１と、２つのミラー８２（８２ａ、８２ｂ）と、２つの第２集光レンズ７８（７８ａ、７８ｂ）と、２つのリレーレンズ７９（７９ａ、７９ｂ）と、照明レンズ６８とを有する。この構成例では、光源４１から第１集光レンズ８０を通って光路分離素子８１に入射した光は２方向に分離され、一方が、ミラー８２ａで反射した後、第２集光レンズ７８ａ、リレーレンズ７９ａ、及び照明レンズ６８を通ってＳＬＭ４４に入射する照明光束と、他方が、ミラー８２ｂで反射した後、第２集光レンズ７８ｂ、リレーレンズ７９ｂ、及び照明レンズ６８を通ってＳＬＭ４４に入射する照明光束という２つの照明光束が存在する。このように、この構成例では、単一の光源からの光束を２つに分割することにより２つの照明光束が得られる。
【００６５】
図９Ｃに示した構成例では、照明光学手段は４２は、第１集光レンズ８０と、光路分離素子８３と、２つの第２集光レンズ７８（７８ａ、７８ｂ）と、２つのリレーレンズ７９（７９ａ、７９ｂ）と、照明レンズ６８とを有する。この構成例では、光源４１から第１集光レンズ８０を通って光路分離素子８１に入射した光は２方向に分離され、一方が、第２集光レンズ７８ａ、リレーレンズ７９ａ、及び照明レンズ６８を通ってＳＬＭ４４に入射する照明光束と、他方が、第２集光レンズ７８ｂ、リレーレンズ７９ｂ、及び照明レンズ６８を通ってＳＬＭ４４に入射する照明光束という２つの照明光束が存在する。このように、この構成例でも、単一の光源からの光束を２つに分割することにより２つの照明光束が得られる。
【００６６】
なお、図９Ａ乃至９Ｃでは、２つの照明光束が存在する構成例を説明したが、同様にして３つ以上の照明光束が存在するように構成することもできる。また、存在する複数の照明光束において、各照明光束は、周波数、強度分布、及び光束断面形状のうちの１つ以上が異なるように構成することもできる。
【００６７】
ＳＬＭ４４は、画像表示の視覚効果を最適化するために複数の制御可能な階調を生成するための入射光の強度分布を調整する中間状態でＯＮ−ＯＦＦ位置の間を振動制御可能な複数の偏光ミラーを含む。
【００６８】
図１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃは、複数のサブ光源により複数の照明光束を得る場合の光源４１の構成例を説明する図である。前述の図９Ａに示したように複数のサブ光源により複数の照明光束を得る場合、図１０Ａ乃至１０Ｃに示したように、光源４１として、複数のサブ光源がアレイ状に並べられた構成を有する光源を適用し、発光させるサブ光源と発光させないサブ光源とを選択することによって、複数の照明光束を得るようにすることもできる。サブ光源は、例えばレーザー光源やＬＥＤ光源等である。また、この場合に、個々のサブ光源の発光量を変えることによって入射光束の強度分布を不均一にすることもできる
【００６９】
なお、図１０に示したような複数のサブ光源からなる光源ユニットにおいて、夫々のサブ光源は異なる周波数の光を発するものであっても、同一周波数光を発するものであっても良い。この場合、隣り合うサブ光源が発する照明光が、異なる原色を発するように配置すれば、色毎の光学レイアウトの相違を少なくでき、好適である。また、各サブ光源の発光、非発光のパターンは任意に変化可能に構成される。例えば光軸に対して対称に、発光するサブ光源が配置されるように点灯パターンを決定することもでき、光軸に対し非対称に発光サブ光源を配置することもできる。さらに係る発光パターンの選択を表示制御期間中に任意に切り替えることを可能に構成すれば、より詳細の階調再現が可能になる。例えば異なる色の画像を１フレーム内で順次表示してカラー画像を構成する、いわゆる色順次表示方式において、色毎に光源ユニットの発光パターンを変化させ、個別の階調再現特性を得ることができる。さらに発光パターンを変化させることに加えて、発光強度を変化させても良い。
【００７０】
ここで、複数のサブ光源からなる光源ユニットは、その発光面を出来るだけ小さな面積に集積することが光の利用効率を高めるために重要である。係る観点から光源ユニットは半導体レーザーなどが好ましく、更には光源からの照明光を伝達する光ファイバなどの光伝達手段の射出面をマトリクス状に配置した構成でも良い。この時、光源の数と光伝達手段の射出面の数は必ずしも一致していなくてもよく、光伝達手段が光合成、又は分離手段を更に具備していても良い。光源面積が不要に大型化し、光変調器への投影光の強度が低下することなく、効率よく本発明の目的を達成するために、好ましくは光源ユニットの発行面の面積が５ｍｍ２以下となるように構成することが望ましい。
【００７１】
さらに、複数のレーザーが光源に用いられる場合、各レーザーからＳＬＭまでの光学的長さをそれぞれ異なるようにされ得るし、もしくは、スペックルノイズを減らすために各レーザーパルスのタイミングがずらされる。
【００７２】
以上のように、本発明の第１の実施形態は、光源からの照明光を投影光路に向ける偏向型空間光変調器を用いた投影装置であって、偏向型空間光変調器による照明光の偏向過程における投影光路への入射光量変化が中間階調再現に好適となるように、照明光の投影光路光学瞳位置における強度分布が不均一になるような照明構成、又は／及び、照明光の投影光路光学瞳位置における光束断面形状が光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状になるような照明構成を有するように構成した。
【００７３】
このような構成により、偏向型空間光変調器の偏向ミラーの角度変化に伴う出射光量の変化曲線を好適に調整して、より細かい中間階調光量を得る、あるいは安定した中間階調を得ることができる。また、最適化された偏向過程における投影光路への入射光量変化を利用して、所望の光量を投影光路に入射させることによって、高階調な投影を実現することができる。
＜第２の実施形態＞
【００７４】
本実施形態に係る投影装置は、第１の実施形態と同様に、光源と、その光源からの光を集光し方向付ける照明光学手段と、偏向型の空間光変調器（以下単に「ＳＬＭ」という）と、そのＳＬＭによって変調された光を投影する投影光路と、入力信号に基づいて、所望の光量が投影光路の光学瞳に向かうようにＳＬＭの各偏向ミラー（ミラー素子）の偏向角保持動作及び振動動作を制御する制御手段とを有する。
【００７５】
但し、本実施形態に係る投影装置において、光源、又は／及び、照明光学手段は、投影光路の光学瞳位置での照明光の強度分布が不均一になるように構成されている。また、制御手段は、第１の制御期間において偏向ミラーを特定の偏向角に制御し、第２の制御期間において偏向ミラーを振動させるように制御することが可能である。また、この投影装置は、第１の制御期間又は第２の制御期間の少なくとも一方の制御期間において、もしくは、第１の制御期間又は第２の制御期間の少なくとも一方の制御期間を更に２つ以上のサブ制御期間に分割したときの１つ以上のサブ制御期間において、ＳＬＭに入射する光の強度を増加又は減少させることができる。
【００７６】
図１１は、光コレクタで実現された光源が用いられた、本発明の第２の実施形態を示す。光源から投影される光強度は、異なる期間の間で時間変調を適用して集光特性を制御することによって、制御される。これらの期間は、期間２−１及び期間２−２として示される２つのサブ期間と共に期間１及び期間２として示される。集光を時間変調することにより、光強度分布は光源から投影されることが可能になり、したがって、入射光の強度分布を制御することにより、付加的な階調を生成する目的を達成する。
【００７７】
なお、図１１は、本実施形態に係る投影装置の１フレーム時間当たりの動作例を示している。同図において、ミラー状態はＳＬＭにおける１つの偏向ミラーの状態を表している。また、期間１は第１の制御期間を表し、期間２は第２の制御期間を表し、期間２−１、２−２は、第２の制御期間を２つのサブ制御期間に分割したときの２つの制御期間を表す。
【００７８】
同図の動作例において、期間１においては光源の強度がｈｉｇｈに制御される。また、この期間１内の一定期間においてはミラー状態がＯＮ状態になるように偏向ミラーの偏向角が制御され、残りの期間においてはミラー状態がＯＦＦ状態になるように偏向ミラーの偏向角が制御される。
【００７９】
また、期間２においては、期間２−１において光源の強度がｈｉｇｈに制御され、期間２−２において光源の強度がｈｉｇｈとｌｏｗの中間に制御される。また、期間２においては、ミラー状態が振動状態になるように偏向ミラーが振動制御される。期間２−１又は期間２−２において、偏向ミラーの振動振幅が減少するように振動制御しても良い。
【００８０】
このように、１フレーム時間中の期間２において偏向ミラーを振動制御し、更に、その期間２を任意に分割した期間２−２において光源の強度を減少させると共に偏向ミラーの振動振幅を減少させることによって、より細かい中間階調表現が可能になる。
【００８１】
ここで、光源強度を減少又は増加させる期間を偏向ミラーの固有周期の整数倍とすれば制御容易であるが、たとえば、ミラー素子がＯＦＦ状態から振動を開始したのち、実際に射出光が投影レンズ瞳に入射し始める時点から、ミラー素子がＯＮ状態を経てＯＦＦ状態に移行する期間において、射出光が投影レンズ瞳に入射しなくなるまでの期間、光源強度を変調するようにしても良い。すなわち、偏向ミラーの固有周期をＴとしたとき、期間２−２開始すなわち、ミラー素子の振動開始後、ほぼ１／４Ｔ経過後から、ほぼ３／４Ｔ経過後の期間、光源強度を変調するようにしても同様の効果を得ることが出来る。更にミラー素子の振動開始から１／４Ｔまでの期間、及び３／４ＴからＴの期間、照明光をＯＦＦとするように制御しても良い。照明光を振動周期に同期させてＯＦＦとする制御は、期間２−１においても適用することができる。以上のようにミラー素子の動作周期に同期して、実質的にミラー素子からの反射光が投影レンズの瞳に入射しない期間は光源をＯＦＦとし、ミラー素子からの反射光が投影レンズの瞳に入射する期間、光源光強度の変調を制御することによって不要な反射光が投影レンズの瞳に入射し、投影画像のコントラストが低下することを防ぐことが出来る。
【００８２】
一方、期間２−２における光源光の減少の度合いを、光源光の変調を行わない期間、すなわち実施例における期間１、及び期間２−１の光源強度の１／ｎ（ｎは整数）とすれば階調制御が容易となり理論上好適であるが、ミラー素子の振動制御によって得たい光量に基づき、光源光の減少の度合いを任意に設定しても良い。
【００８３】
尚、実施例においては光源光の変調度合いを２段階としたが、前述したようなＯＦＦ状態も含め、複数の変調強度を有していても良く、このような構成とすればより細かい階調再現が可能となる。
【００８４】
また、実施例においてはミラー素子が振動制御される期間２の期間を分割し、光源変調を実施したが、同様にミラー素子がＯＮ／ＯＦＦ制御される期間を分割して光源変調を実施しても良い。この場合、光源変調を実施する期間をミラーがＯＮになる最小時間単位に等しくすると共に、光源光の変調を実施しないＯＮ／ＯＦＦ制御の期間とは別に、前記光源変調を実施する期間を設けて、その期間内でミラー素子のＯＮ／ＯＦＦを行い、階調を増加させることが出来る。光源光の変調の度合いに関しては前述のごとく、必要な光強度に応じて任意に設定すればよい。
【００８５】
なお、上述のごとく光源光の強度を変調するためには、レーザー光源など応答性に優れた光源を用いることが好適であり、光源強度の変調は単一の光源の強度又は発光時間を変調する方法のほか、図１０に示したような光源アレイの発光パターン、発光数を変化させて得ることもできる。
【００８６】
また、異なる色の画像を１フレーム内で順次表示してカラー画像を構成する、いわゆる色順次表示方式において、図１１に示した１フレーム時間は、各色のサブフレームに置き換えて実施される。すなわち３原色のうちの、唯一色の表示の期間を第１の制御期間と第２の制御期間に分割し、さらに光源強度の変調を実施する。この時、人間の被視感度の高い緑色の表示期間のみ、光源強度変調を実施するなど、色毎に光源強度変調実施に有無、強度変調の度合いを異なるようにしても良い。さらに、カラーブレイクと呼ばれる不具合を低減するために、１つのフレーム時間内に３原色のサブシーケンスの繰り返しが複数回繰り返されて１フレームを構成する場合、それぞれのサブシーケンスにおいて、光源強度の変調を実施の有無、強度変調の度合いを任意に設定しても良い。
【００８７】
さらに異なる２つの原色のサブ光源を同時に発光させれば補色照明光として使用することができ、これに上述の強度変調を組み合わせて制御しても良い。
【００８８】
なお、本実施形態に係る投影装置では、投影光路の光学瞳位置での照明光の強度分布が不均一になるように光源、又は／及び、照明光学手段を構成したが、例えば、その強度分布が均一になるように光源、又は／及び、照明光学手段を構成することもできる。このように構成した場合にも、従来に比べて細かい中間階調表現が可能である。
【００８９】
また、本実施形態に係る投影装置において、ＳＬＭに入射する光の強度を増加又は減少させる手段は、上述のように光源の強度自体を増減させる方法の他、種々考えられる。
【００９０】
光強度制御機構として回転光減衰器を備える光投影装置のための、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照する。回転光強度減衰器は、画像表示のためにＳＬＭに投影される光強度の柔軟な制御のために、回転ホイールの異なる角度部分に沿って、異なる透過率を有する。
【００９１】
なお、図１２Ａにおいて、ＳＬＭに入射する光の強度を増加又は減少させる手段は、光路に設けられた回転光減衰器９３である。回転光減衰器９３は１フレーム時間で１回転し、図１１に示した期間１と期間２−１においては透過率の高い部分（例えば透過率１００％の部分）９３ａが光路に挿入され、期間２−２においては透過率の低い部分（例えば透過率５０％の減光素子部分）９３ｂが光路に挿入されるように構成されている。これにより、各制御期間に同期して透過率の高い部分９３ａ又は低い部分９３ｂが光路に挿抜されるようになり、図１１に示した場合と同様に、ＳＬＭに入射する光の強度を制御することができる。
【００９２】
また、期間２−２だけでなく例えば期間２にわたってＳＬＭに入射する光の強度を減少させたい場合には、図１２Ｂに示した回転光減衰器９４のように、期間１においては透過率の高い部分９４ａが光路に挿入され、期間２においては透過率の低い部分９４ｂが光路に挿入されるように回転光減衰器を構成することもできる。
【００９３】
なお、図１２Ａ及び１２Ｂにおいて、光源９１と回転光減衰器９３又は９４との間には、集光レンズ９２が設けられている。ここで、集光レンズ９２と回転光減衰器９３又は９４は、照明光学手段の一部である。
【００９４】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、照明光学手段が、レンズを回転させることによって入射光の強度を制御するために異なる光透過の変化が実現されるように、レンズの垂直軸及び水平軸に沿って異なる偏光を有する回転偏光レンズを備える別の例を示す。
【００９５】
なお、図１３Ａにおいて、ＳＬＭに入射する光の強度を増加又は減少させる手段は、光路に設けられた回転偏光レンズ９５、９６である。回転偏光レンズ９５は固定されており、回転偏光レンズ９６は回転可能に構成されている。また、矢印９５ａ、９６ａは、回転偏光レンズを透過する光の偏光方向を示している。光源９１は、インコヒーレントな光を発する光源である。このような構成により、各制御期間に同期して回転偏光レンズ９６を回転させることによって透過光を選択することができ、所望の強度の光をＳＬＭに入射させることができる。
【００９６】
また、光源として、コヒーレントな光を発する光源を使用する場合には、図１３Ｂに示したように、回転偏光レンズ９６のみを光路に設けて照明光学手段を構成することもできる。なお、図１３Ｂにおいて、光源９７は偏光方向が水平方向の光を発するレーザー光源である。
【００９７】
図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、回転偏光レンズ９５、９６、又は、回転偏光レンズ９６は、照明光学手段の一部である。
【００９８】
また、本実施形態に係る投影装置において、ＳＬＭに入射する光の強度を増加又は減少させる手段として、光源を、複数のサブ光源をアレイ状に並べた構成とすることもできる。サブ光源は、例えばレーザー光源やＬＥＤ光源等である。この場合、複数のサブ光源の個々の発光強度を各制御期間に同期して変化させることにより、所望の強度の光をＳＬＭに入射させることができる。
【００９９】
以上のように、本発明の第２の実施形態は、照明光の偏向過程における投影光路への入射光量変化を利用して中間階調再現を行う制御期間（上記の振動制御を行う第２の制御期間）を設けて、さらに照明光量変調を行うことで更に微小出射光を得るような構成した。
【０１００】
このような構成により、より細かい中間階調光量を得る、あるいは安定した中間階調を得ることができる。また、最適化された照明光の偏向過程における投影光路への入射光量変化を利用して、所望の光量を投影光路に入射せしめ、高階調な投影を実現することができる。
【０１０１】
また、照明光の投影光路光学瞳位置における強度分布を不均一にすることで、ＳＬＭの偏向ミラーの角度変化に伴う出射光量の変化曲線を好適に調整して、より細かい中間階調光量を得る、あるいは安定した中間階調を得ることができる。
【０１０２】
なお、本実施形態に係る投影装置において、第１の実施形態と同様に、照明光の投影光路光学瞳位置における光束断面形状が、光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状になるような照明構成を有するように構成することもできる。このような構成によっても、ＳＬＭの偏向ミラーの角度変化に伴う出射光量の変化曲線を好適に調整して、より細かい中間階調光量を得る、あるいは安定した中間階調を得ることができる。また、このように構成した場合に、更に、照明光の投影光路光学瞳位置における強度分布を均一にするように構成することもできる。
【０１０３】
以上、第１及び第２の実施形態について説明したが、各実施形態においては、光源として、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、及びＬＥＤ等のインコヒーレントな光を発する光源や、レーザー光源などのコヒーレントな光を発する光源を適用することができる。
【０１０４】
また、第１の実施形態に係る投影装置に第２の実施形態に係る投影装置の一部を組み合わせて構成することもできるし、第２の実施形態に係る投影装置に第１の実施形態に係る投影装置の一部を組み合わせて構成することもできる。
【０１０５】
本発明は、現在の好適な実施形態の観点で説明されてきたが、このような開示が限定として解釈されるべきではないことが理解されるべきである。上記の開示を読んだ後には、様々な代替例および変更例が、当業者にとって疑いも無く明らかになるはずである。したがって、添付の請求項は、発明の真の趣旨及び範囲の中に含まれるすべての代替例および変更例を含むものとして解釈されるべきである。
【０１０６】
以上、本発明によれば、照明光の投影光路光学瞳位置における強度分布を不均一にすること、又は／及び、照明光の投影光路光学瞳位置における光束断面形状が光軸を中心とする中実円断面形状以外の形状になるようにすることによって、偏向ミラーの角度変化に伴う出射光量の変化曲線を好適に調整して、より細かい中間階調光量を得る、あるいは安定した中間階調を得ることができる。
【０１０７】
また、照明光の偏向過程における投影光路への入射光量変化を利用して中間階調再現を行う制御期間（ミラーの振動制御を行う制御期間）を設けて更に照明光量変調を行うことによって、より細かい中間階調光量を得る、あるいは安定した中間階調を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１Ａ】先行技術の特許で開示されている従来の表示システムによるデジタルビデオ表示システムのための機能ブロック図である。
【図１Ｂ】先行技術の特許で開示されている従来の表示システムによるデジタルビデオ表示システムのための、空間光変調器として実装されているマイクロミラーアレイの一部の上面図である。
【図１Ｃ】空間光変調器をＯＮ状態及びＯＦＦ状態の位置に制御する、先行技術による回路を示す回路図である。
【図１Ｄ】４ビット階調に対する二値時間間隔を示す図である。
【図２】偏光ミラーが異なる角度位置に動いたときに、画像光の強度分布を生成するための、ＳＬＭの偏光ミラーと連携した、入射光の異なった形状及び強度分布を示す図である。
【図３】偏光ミラーが異なる角度位置に動いたときに、画像光の強度分布を生成するための、ＳＬＭの偏光ミラーと連携した、入射光の異なった形状及び強度分布を示す付加的な図である。
【図４】照明画像または照明周辺に位置する、光学装置の散乱または発散の特性が不均一である投影装置を示す図である。
【図５Ａ】照明の投影が複数のマイクロレンズを含むフライアイレンズから行なわれ、各マイクロレンズが異なる光学的特性で制御または構成される投影装置を示す図である。
【図５Ｂ】照明の投影が複数のマイクロレンズを含むフライアイレンズから行なわれ、各マイクロレンズが異なる光学的特性で制御または構成される投影装置を示す図である。
【図６Ａ】照明光学手段の具体的な構成例を説明する図である。
【図６Ｂ】照明光学手段の具体的な構成例を説明する図である。
【図６Ｃ】照明光学手段の具体的な構成例を説明する図である。
【図７Ａ】光源の光学的位置を変化させるための構成例を説明する図である。
【図７Ｂ】光源の光学的位置を変化させるための構成例を説明する図である。
【図７Ｃ】光源の光学的位置を変化させるための構成例を説明する図である。
【図７Ｄ】光源の光学的位置を変化させるための構成例を説明する図である。
【図７Ｅ】光源の光学的位置を変化させるための構成例を説明する図である。
【図８Ａ】それぞれの発光素子が光強度分布を制御するためにＯＮ／ＯＦＦ制御される、発光素子のアレイによって入射光の光強度分布を制御する投影装置を示す図である。
【図８Ｂ】それぞれの発光素子が光強度分布を制御するためにＯＮ／ＯＦＦ制御される、発光素子のアレイによって入射光の光強度分布を制御する投影装置を示す図である。
【図９Ａ】投影光学系の瞳で不均一な分布になり得る制御可能な光強度分布を生成するための１つまたは複数の光源を備える投影装置を示す図である。
【図９Ｂ】投影光学系の瞳で不均一な分布になり得る制御可能な光強度分布を生成するための１つまたは複数の光源を備える投影装置を示す図である。
【図９Ｃ】投影光学系の瞳で不均一な分布になり得る制御可能な光強度分布を生成するための１つまたは複数の光源を備える投影装置を示す図である。
【図１０Ａ】複数のサブ光源により複数の照明光束を得る場合の光源の構成例を説明する図である。
【図１０Ｂ】複数のサブ光源により複数の照明光束を得る場合の光源の構成例を説明する図である。
【図１０Ｃ】複数のサブ光源により複数の照明光束を得る場合の光源の構成例を説明する図である。
【図１１】制御可能な時間変調された光コレクタを実装した別の光源を示す図である。
【図１２Ａ】光強度分布を制御するための回転光減衰器を備える投影装置を示す図である。
【図１２Ｂ】光強度分布を制御するための回転光減衰器を備える投影装置を示す図である。
【図１３Ａ】入射光の強度を制御するための、垂直軸及び水平軸に沿った異なる偏光を有する回転偏光レンズを示す図である。
【図１３Ｂ】入射光の強度を制御するための、垂直軸及び水平軸に沿った異なる偏光を有する回転偏光レンズを示す図である。
【図１Ａ】
2009531731.tif 000003
【図１Ｂ】
2009531731.tif 000004
【図１Ｃ】
2009531731.tif 000005
【図１Ｄ】
2009531731.tif 000006
【図２】
2009531731.tif 000007
【図３】
2009531731.tif 000008
【図４】
2009531731.tif 000009
【図５Ａ】
2009531731.tif 000010
【図５Ｂ】
2009531731.tif 000011
【図６Ａ】
2009531731.tif 000012
【図６Ｂ】
2009531731.tif 000013
【図６Ｃ】
2009531731.tif 000014
【図７Ａ】
2009531731.tif 000015
【図７Ｂ】
2009531731.tif 000016
【図７Ｃ】
2009531731.tif 000017
【図７Ｄ】
2009531731.tif 000018
【図７Ｅ】
2009531731.tif 000019
【図８Ａ】
2009531731.tif 000020
【図８Ｂ】
2009531731.tif 000021
【図９Ａ】
2009531731.tif 000022
【図９Ｂ】
2009531731.tif 000023
【図９Ｃ】
2009531731.tif 000024
【図１０Ａ】
2009531731.tif 000025
【図１０Ｂ】
2009531731.tif 000026
【図１０Ｃ】
2009531731.tif 000027
【図１１】
2009531731.tif 000028
【図１２Ａ】
2009531731.tif 000029
【図１２Ｂ】
2009531731.tif 000030
【図１３Ａ】
2009531731.tif 000031
【図１３Ｂ】
2009531731.tif 000032
【国際調査報告】
2009531731.tif 000033
2009531731.tif 000034
2009531731.tif 000035
2009531731.tif 000036
2009531731.tif 000037