(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロミラーアレイ回折挙動の機微を十分に理解し、それに応じて投影器設計を最適化する。【解決手段】マイクロミラーアレイ光変調器１５０ｒ，１５０ｇ，１５０ｂは、回折及び反射によって光の方向を変えて出力変調光ビームを与えることができる。この出力変調光ビームは、入射光の狭スペクトル帯域幅に部分的に依存する回折次数の配列によって記述される利き手依存の回折を示す。光素子が、変調光ビームの、遮断される部分と透過される残り部分とを画定するべく最適化されたアパチャ１８０を有する。光透過変調光ビームのオン状態効率及びオフ状態コントラストが、最適化された制限アパチャのサイズ及び形状に関して出力変調光ビームの回折利き手に依存し得る。【選択図】図２
2018025816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光ビームの変調を与える光システムであって、
画定された狭スペクトル帯域幅を有する前記入射光ビームを与える照明源と、
前記入射光ビームを選択的に変調し、それについてのデータを指令に基づいて一以上のマイクロミラーのオン状態又はオフ状態へとエンコードするマイクロミラーアレイ光変調器と、
変調光ビームの遮断される部分と透過される残り部分とを画定するべく最適化された制限アパチャを有する光素子と
を含み、
前記マイクロミラーアレイ光変調器は、回折及び反射の双方によって光の方向を変えて出力変調光ビームを与えるべく適合され、
前記出力変調光ビームは、入射光の狭スペクトル帯域幅に部分的に依存する回折次数の配列によって記述される利き手依存の回折を示し、
前記光素子によって取得された光透過変調光ビームのオン状態効率及びオフ状態コントラストが、前記最適化された制限アパチャのサイズ及び形状に関して前記出力変調光ビームの回折利き手に依存するべく構成される光システム。
【請求項２】
前記マイクロミラーアレイ光変調器は、前記オン状態効率又は前記オフ状態コントラストの少なくとも一つを最適化するべく、前記回折利き手と前記最適化された制限アパチャの光遮断部分及び光透過部分の構成とに基づいて前記最適化された制限アパチャに整合される請求項１の光システム。
【請求項３】
前記マイクロミラーアレイ光変調器に対する特性回折利き手が、前記マイクロミラーアレイ光変調器に対して測定されたマイクロミラー傾斜に少なくとも部分的に基づいて決定される請求項１の光システム。
【請求項４】
前記マイクロミラーアレイ光変調器の前記回折利き手が左利き、右利き又は中間となるように適合される請求項１の光システム。
【請求項５】
前記回折利き手は、動力解除状態ゼロ次数に対する少なくとも第一次数及び第二次数の配列に関して画定可能である請求項４の光システム。
【請求項６】
前記マイクロミラーアレイ光変調器は、一以上のスペクトル帯域幅に対する特性回折利き手を決定するべく試験可能である請求項１の光システム。
【請求項７】
前記マイクロミラーアレイ光変調器は、前記マイクロミラーアレイ光変調器に向けられる選択されたスペクトル帯域幅を有する入射光を使用して試験されて動力解除状態ゼロ次数に対する回折次数の配列を特徴とするように構成される請求項６の光システム。
【請求項８】
前記照明源は第１照明源及び第２照明源を含み、
前記第１照明源及び前記第２照明源は、可視光を与えるべくかつ７ｎｍ以下の狭スペクトル帯域幅を有するべく構成される請求項１の光システム。
【請求項９】
前記最適化された制限アパチャの前記サイズは、前記マイクロミラーアレイ光変調器にわたるシステム光効率、コントラスト、画質、変調伝達関数又は効率変動性に基づいて決定可能である請求項１の光システム。
【請求項１０】
前記最適化された制限アパチャの光遮断部分の形状及びサイズは、第一回折次数及び少なくとも一つの隣接第二回折次数のエッジにおいて光を遮断するべく構成される請求項９の光システム。
【請求項１１】
前記マイクロミラーアレイ光変調器はデジタルマイクロミラーデバイスである請求項１の光システム。
【請求項１２】
表示面に画像を与える光投影システムをさらに含む請求項１の光システム。
【請求項１３】
前記光素子は投影レンズである請求項１の光システム。
【請求項１４】
第２の画定されたスペクトル帯域幅を有する第２入射光ビームを第２マイクロミラーアレイ光変調器に与える第２照明源をさらに含み、
前記第２マイクロミラーアレイ光変調器は、前記第２入射光ビームを選択的に変調し、それについてのデータをエンコードしかつ回折及び反射の双方によって光の方向を変えて第２出力変調光ビームを与え、
前記第２出力変調光ビームは、入射光の第２の画定されたスペクトル帯域幅に依存する回折次数の第２配列によって記述される利き手依存の第２回折を示し、
前記光素子の前記最適化された制限アパチャを通って移行する光の効率及びコントラストが、前記最適化された制限アパチャのサイズ及び形状に関して前記出力変調光ビームの回折利き手に依存するべく構成される請求項１の光システム。
【請求項１５】
前記狭スペクトル帯域幅と前記第２スペクトル帯域幅とは重ならない請求項１４の光システム。
【請求項１６】
前記光素子の前記最適化された制限アパチャは、前記第２スペクトル帯域幅に対してよりも前記狭スペクトル帯域幅に対して異なる有効Ｆ値を透過させるべく構成される請求項１４の光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般にデジタル画像投影に関し、詳しくは、回折効果を示すマイクロミラーアレイ空間光変調器との使用に最適化されたコヒーレント光投影システムに関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本開示は、同時に出願された「Color Dependent Aperture Stop」との名称の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２０６７号に関する。
【背景技術】
【０００３】
映画産業は現在のところ、伝統的なフィルムベースの投影器からデジタル又は電子映画へと移行している。この傾向は、三次元（３Ｄ）映画の人気ゆえに加速している。デジタル映画投影が成熟かつ成功したことに伴い、デジタル光投影（ＤＬＰ（登録商標））テクノロジーの使用に大きく依存して、光源及びＤＭＤ変調器双方ともが進化している。レーザの場合、高出力のコンパクト可視レーザがますます成熟して価格競争力をつけているので、レーザデジタル映画投影器の開発が可能となっている。そのようなシステムの一つが非特許文献１に記載されている。
【０００４】
テキサス・インスツルメンツ社が開発したＤＬＰテクノロジーの核心にあるのは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。これは、マイクロミラーのアレイを含む空間光変調器である。ＤＭＤ空間光変調器は、ＤＣ２Ｋデジタル映画解像度規格を満たすデジタル映画デバイスを含むデジタル投影システムに用いられて成功している。効率測定がＤＣ２Ｋチップを使用するシステムに対して行われ、効率最適化原理が有効であることがわかっている。しかしながら、その原理が、新たなＤＣ４Ｋチップを利用するシステムに対しても同様に作用することはわかっていなかった。
【０００５】
ＤＭＤデバイステクノロジーの開発初期において、個々のマイクロミラー５５又は画素は相対的に大きく、約３０平方μｍであった。その後、デバイス解像度が次第に小さな画素となるように改善され、１９９０年代後半における約１７平方μｍから２Ｋデジタル映画投影器用の１３．８μｍ×１３．８μｍまで（２００５）進化し、最近では、ＤＣ４Ｋデバイスによる７．５μｍ×７．５μｍ画素にまで到達している（２０１１）。非特許文献１に記載の投影器は、画像光変調を目的として２Ｋ解像度ＤＭＤデバイスを使用し、ＤＭＤデバイス挙動の様々な側面が考慮された。他例として、非特許文献２において、ＤＭＤデバイスのＤＣ２Ｋバージョンを使用するレーザ投影器が記載されているが、これは、ＴＩＲ及びＰｈｉｌｉｐｓプリズムアセンブリを含む従来型のＤＬＰ投影光学系を備える。とりわけ、非特許文献１及び２双方ともＤＭＤデバイスのＤＣ２Ｋバージョンを使用する投影器を記載し、これらは、ＤＣＩデジタル映画投影仕様に適合しかつ「２Ｋ」水平解像度を与えると解釈される。
【０００６】
しかしながら、上述のように、最近リリースされるＤＣ４Ｋデバイスは、高い水平解像度規格をサポートするべくかなり小さな画素を有する。マイクロミラーのサイズが減少するにつれて、回折効果がますます重要となるので、マイクロミラーアレイはプログラム可能なブレーズド回折格子と考えることができる。回折は、レーザ光がこうした小さな画素及びサブ画素の特徴と相互作用をするときに一層大きな懸念となる。回折効果は本質的に、何らかの光が他の回折次数に向けられるにつれて平坦鏡面に対する効率損失をもたらす。ブレーズはその後、当該回折次数を部分的に回復させる。
【０００７】
ＤＭＤデバイスの回折挙動は文献において考慮されてきた。特に、テキサス・インスツルメンツ社は、自らの出版物である非特許文献３において、レーザ光の相互作用に関するある程度の手引きを与えた。しかしながら、投影器設計を補助する回折挙動の追加的な実用上の手引きが必要とされている。その後の論文である非特許文献４は、赤外（ＩＲ）に最適化された２Ｋ解像度ＤＭＤデバイスのためのＩＲ光回折効率測定を与える。しかしながら、この論文は、回折光の光伝播挙動、及びＩＲスペクトル領域であろうと他のスペクトル領域であろうと、それがどのようにして投影器設計に影響し得るかについて述べていない。
【０００８】
要約すると、ＤＭＤデバイスのようなマイクロミラーアレイ空間変調器がずっと小さな画素寸法へと移行してレーザ投影システムがますます実現可能となるにつれて、レーザ光の、動的回折構造物であるマイクロミラーとの相互作用の詳細が重要となる。したがって、マイクロミラーアレイ回折挙動の機微を十分に理解し、それに応じて投影器設計を最適化する機会が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１４６０８５号公報
【特許文献２】特表２００７−５１７２６１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】“A Laser-Based Digital Cinema Projector,” by B. Silverstein et al. (SID Symposium Digest、Vol. 42, pp. 326-329, 2011)
【非特許文献２】“Laser Digital Cinema Projector, ” by G. Zheng et al., published in the Journal of Display Technology、Vol. 4 (2008)
【非特許文献３】“Using Lasers with DLP（登録商標）DMD Technology,” TI Tech Note TI DN 2509927, Sept 2008
【非特許文献４】“DMD diffraction measurements to support design of projectors for test and evaluation of multispectral and hyperspectral imaging sensors,” by J. P. Rice et al., published in the SPIE Proc., Vol.7210 (2009)
【発明の概要】
【００１１】
いくつかの側面において、光システムが、入射光ビームの変調を与えることができる。光システムは、照明源、マイクロミラーアレイ光変調器及び光素子を含む。照明源は、画定された狭スペクトル帯域幅を有する入射光ビームを与えることができる。マイクロミラーアレイ光変調器は入射光ビームを選択的に変調し、それについてのデータを指令に基づいて一以上のマイクロミラーのオン状態又はオフ状態へとエンコードすることができる。マイクロミラーアレイ光変調器は、回折及び反射の双方によって光の方向を変えて出力変調光ビームを与えることができる。この出力変調光ビームは、入射光の狭スペクトル帯域幅に部分的に依存する回折次数の配列によって記述される利き手依存の回折を示す。光素子は、変調光ビームの遮断される部分と透過される残り部分とを画定するべく最適化された制限アパチャを有する。光素子によって取得された光学的透過変調光ビームのオン状態効率及びオフ状態コントラストが、当該最適化された制限アパチャのサイズ及び形状に関して出力変調光ビームの回折利き手に依存し得る。
【００１２】
これらの例示的側面は、本開示を制限又は画定するべく言及されるわけではなく、その理解を補助する複数の例を与える。追加的な側面及び特徴が、詳細な説明において述べられ、さらなる記述も与えられる。様々な側面及び特徴の一以上によって提供される利点は、本明細書を検討することにより又は提示された一以上の側面及び特徴を実施することによりさらに理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一側面に係るＤＭＤマイクロミラー空間光変調器アレイの動作の複数の側面を示す。
【図２】一側面に係る投影システム用システムアーキテクチャの例の一部分を示す。
【図３】図３ａは、一側面に係るＤＭＤマイクロミラーアレイによる光反射及び回折の例を示す。図３ｂは、一側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによる回折次数の出現例を示す。
【図４】一側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによる回折次数の二次元配列の例を示す。
【図５ａ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの拡大画像を示す。
【図５ｂ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの拡大画像を示す。
【図５ｃ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの拡大画像を示す。
【図５ｄ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの拡大画像を示す。
【図５ｅ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの拡大画像を示す。
【図５ｆ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの拡大画像を示す。
【図６ａ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの断面輪郭の拡大画像を示す。
【図６ｂ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの断面輪郭の拡大画像を示す。
【図６ｃ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの断面輪郭の拡大画像を示す。
【図６ｄ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの断面輪郭の拡大画像を示す。
【図６ｅ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの断面輪郭の拡大画像を示す。
【図６ｆ】所定側面に係るマイクロミラーアレイデバイスによるオン状態回折パターンの断面輪郭の拡大画像を示す。
【図７ａ】一側面に係る光アパチャに重ねられたオン状態回折パターンの例を示す。
【図７ｂ】所定側面に係る収集効率又はコントラストのグラフを示す。
【図７ｃ】所定側面に係る収集効率又はコントラストのグラフを示す。
【図７ｄ】所定側面に係る収集効率又はコントラストのグラフを示す。
【図７ｅ】所定側面に係る収集効率又はコントラストのグラフを示す。
【図８】一側面に係る色依存アパチャの例を示す。
【図９】一側面に係るマイクロミラーアレイデバイスにわたってスキャンされた、Ｆ値に対する効率変動のグラフを示す。
【図１０】一側面に係るＦ値に対する投影レンズＭＴＦのグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ＤＭＤ光変調器デバイスの基本動作が図１に示される。ここで、入射光ビーム２０が、基板７０上に形成されたマイクロミラー５５を含むマイクロミラーアレイ５０と相互作用をする。基板７０は典型的に、電子機器と、信号が適用されると所与マイクロミラー５５（すなわち画素）を制御可能に傾斜させる微小電気機械構造物（例えばヒンジ）との双方がパターニングされたシリコンウェハである。当該信号は、一以上のマイクロミラーに指令して、オン状態又はオフ状態に対応するミラー位置へと向ける。図１は、３つの異なる状態すなわち「オン状態」６０、「オフ状態」６５及び動力解除状態６２にあるマイクロミラー５５を示す。入射光は名目上、マイクロミラー５５の前面から反射されるので、当該面法線からの反射角度が入射角度に等しい。動力解除状態６２にあるマイクロミラー５５では、発生光ビーム２５は名目上、まるで基板７０の前面に平行な平面ミラーから反射されているかのように反射して見える。動作中の投影器において、動力解除状態６２にあるマイクロミラーアレイに入射光が適用されることはめったにない。オン状態６０にあるマイクロミラー５５では、入射光は、オン状態の光又は画像光に対応する発生光ビーム２５を与えるべく方向が変えられる。この発生光ビーム２５は、アパチャ８５及び光軸１４０を有する光学系８０へと移行する。光学系８０は、制限アパチャを有する光素子であり、典型的には、レンズ又はレンズアセンブリである。オフ状態６５にあるマイクロミラー５５では、入射光は、オフ状態の光に対応する発生光ビーム２５として方向が変えられる。この発生光ビーム２５は典型的に、ビームダンプ６７によって捕獲かつ吸収される。ＤＭＤ光変調器デバイスは典型的に、画素欠陥を理由として分類され、デバイスの画素欠陥が少なくなるように、具体的には、青色の結像チャネルの代わりに緑色又は赤色の結像チャネル用に使用される当該デバイスの中央部分において画素欠陥が少なくなるように、分類される。
【００１５】
回折格子として、回折指向性が、回折格子の式ｍλ＝ｄ（ｓｉｎθｉ±ｓｉｎθｍ）によってモデル化される。ｍは回折次数、ｄは格子ピッチ、θｉは入射角度、θｍは出力回折光角度である。この場合、ブレーズド回折格子は従来型格子のピッチｄを有するが、傾斜面も有する。この傾斜面は、光束を特定次数に向けて当該格子の効率を増加させる一方、残留パワーを最小限にして他の次数（具体的にはゼロ次）にする。オン状態６０にあるマイクロミラー５５では、オン状態の光としての入射光は依然として名目上、鏡面反射によって決まる方向へと向きが変えられるが、効率は回折によって改変される。
【００１６】
照明源が所与色チャネルにおいてスペクトル帯域幅Δλを有する投影器の場合、回折光の角度方向θｍは所与次数ｍに対して変化する。同様に、コリメート光の代わりに収束光がマイクロミラーアレイに向けられる場合に生じ得ることだが、入射角度θｉが変化するにつれて、出力回折角度θｍもシフトする。マイクロミラー５５の鏡面の残留表面粗さもまた、反射された回折オン状態６０又はオフ状態６２の光の指向性に影響し得る。こうした理由により、入射光ビーム２０は合成角度でマイクロミラーアレイ５０に導入されるがゆえに二次元回折格子構造を経験する場合が多いという事実に加え、当該回折挙動を正確に予測又はモデル化することが難しい。さらに留意されるのは、マイクロミラー５５のサイズが低下するにつれて特徴サイズも小さくなっており、一のデバイスにおける複数のＤＭＤマイクロミラー５５同士間のミラー傾斜変動のような問題が有意となるため、デバイス製造中に制御することが困難になっているということである。ミラー傾斜変動は、デバイスの回折特性に影響を与え得る。
【００１７】
図２における模式図は、一定数の側面及び特徴において使用され得る投影器１００用の配列を示す。３つの照明アセンブリ１１０ｒ、１１０ｇ及び１１０ｂが示される。これらはそれぞれ、対応する光源アセンブリ１１５から第一の赤色、緑色又は青色（ＲＧＢ）の一つを与えるべく構成される。光源アセンブリ１１５は、レーザ光源デバイスであり得る一以上の光源（図示せず）を含む。光源はそれぞれが有限帯域幅（Δλ）を有し、集合的に有限色チャネル帯域幅（Δλｃ）を有し得る。一の色チャネルにある所与レーザは、基礎をなすテクノロジーに応じて０．１〜１ｎｍのスペクトル帯域幅を有し得る。一の色チャネルにおけるレーザの集合をその後、約２〜７ｎｍ幅の狭い全体的なスペクトル帯域幅Δλｃを与えるべく結合することができる。照明アセンブリ１１０ｒ、１１０ｇ及び１１０ｂはそれぞれ、一以上の照明レンズ１２０、移行する光ビームの形状及び方向を与える光集積器１２５（例えばフライアイ集積器又は集積バー）、さらには、一緒になって照明光を、光軸１４０に沿って関連空間光変調器１５０へと向ける照明レンズ１２０及びミラー１３０を含む。例えば、光源アセンブリ１１５からの入射光は、照明レンズ１２０を使用して光集積器１２５へと向けることができる。得られた均質化光は、光集積器１２５の出力アパチャを充填する。出力アパチャはその後、空間光変調器１５０が整合された光軸面内の一領域に再結像され得る。
【００１８】
レーザ光源は、日亜化学工業株式会社（日本、徳島県）及びＮｅｃｓｅｌ社（カリフォルニア州、ミルピタス）からのレーザデバイスを含み得る。例えば、Ｎｅｃｓｅｌ社（以前はＮｏｖａｌｕｘ社として知られていた）は、緑色（５３２ｎｍ）及び青色（４６５ｎｍ）レーザアレイを提供する。レーザアレイはそれぞれが、３〜５ワットの光出力パワーを与える。これらのパワーレベルでは、システム効率損失が許容され、大会議室又はホームシアター用の中程度サイズの投影器（約１５００ルーメン出力）を、一色当たり一つのレーザデバイスを使用して達成することができる。しかしながら、映画館の場合、スクリーン上の輝度は、スクリーンサイズ及びスクリーンゲインに応じて１０，０００〜６０，０００ルーメン又は４０〜２４０ワットの結合光パワー（束）を当該スクリーンに入射することを含み得る。内部光効率損失が許容されるとは、４０〜２４０ワットの光パワーが各色チャネルのレーザ源から使用されるという意味である。現在のところ、これらのパワーレベルは、各色チャネルにおいて多重レーザアレイの出力を光学的に結合することによって達成することができる。
【００１９】
空間光変調器１５０は、ＤＭＤ又は他の型の反射マイクロミラーアレイ５０のような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスであり得る。ＤＬＰ型デバイスの場合、変調は、表示面に向けられるオン状態光又は画像光、及びビームダンプ（図示せず）に向けられるオフ状態光を与えることができる。投影器１００は、「３チップ」システムであり得る。空間光変調器１５０が、各色チャネルすなわち赤色１５０ｒ、緑色１５０ｇ及び青色１５０ｂに対して設けられる。これらの変調器デバイスは、所与色チャネルに適切な固有のデバイスを特定するべく供給業者の試験を受け得る。例えば、人間の目は、青色知覚のための結像解像度が最も小さいので、青色指定デバイス（空間光変調器１５０ｂ）は、最も多くの画素欠陥（例えば、死んだ又は無応答のマイクロミラー５５）を有し得る。空間光変調器１５０のアドレス指定された画素によって当該移行光に付与された画像データを有する変調画像光は、結像レンズ１７０を貫通して遠隔表示面１９０（例えば投影スクリーン）へと向かう光軸１４０に沿った共通光路を横切るように結合され得る。例示された例では、二色性コンバイナ１６５は第１コンバイナ１６６及び第２コンバイナ１６７を含む。これらはそれぞれ、光をその波長に応じて選択的に透過又は反射する適切な薄膜光コーティングを有する二色性素子となり得る。
【００２０】
ミラー１３０は、光システムの平面内に存在しないことがあり得る。緑色チャネル用光路にあるミラー１３０は、平面から外れ得るので、さもなくば図２に示されるようになり得るところ、投影レンズ１７０へと向かう光を妨害することはない。加えて、二色性コンバイナ１６５が一対の傾斜ガラス板として示されるが、Ｘプリズム、Ｖプリズム又はＰｈｉｌｉｐｓ（すなわちプランビコン）型プリズムを含む他の構成も使用することができる。他側面では、ミラー１３０は、Ｐｈｉｌｉｐｓプリズム及びＤＭＤデバイスとの組み合わせで使用されるＴＩＲ（全内部反射）プリズムのようなプリズムの形態で設けることもできる。
【００２１】
図２において、結像レンズ１７０は、多重レンズ素子１７５を含む多素子アセンブリとして示される。多重レンズ素子１７５は、対応物体平面にある空間光変調器１５０ｒ、１５０ｇ及び１５０ｂを、高倍率（典型的には１００倍〜４００倍）で画像平面（表示面１９０）に直接結像させることができる。結像レンズ１７０はアパチャ１８０を含む。アパチャ１８０は、結像光学系によりサポートされるＦ値又は開口数（ＮＡ）を制限する開口絞りとなり得る。例えば、アパチャ１８０は、制限光アパチャを画定するべく光の外側エッジを遮断する虹彩絞り又は固定された直径のリングを含み得る。結像レンズ１７０は一例であり、反射光学系、カタディオプトリック光学系（反射及び屈折）、又は、リレー光学系と投影光学系との組み合わせのような他の光学系も代替的に使用することができる。投影器１００はまた、レーザスペックルノイズの影響を低減するべく一以上の種類のスペックル除去光学系（図示せず）も含み得る。
【００２２】
図３ａ〜ｂは、マイクロミラーアレイ５０の一部分からの光の反射及び回折の側面を詳細に示す。図３ａは、ブレーズド回折格子としてみなされる場合のＤＭＤからの回折の一例を与える。入射光ビーム２０は、デバイス法線に対して角度θｉでマイクロミラーアレイ５０に入射することができる。マイクロミラー５５の一部分をアクティブにしてオン状態へと傾斜させることができる。ここで、ミラー傾斜角度（例えば１２°）は格子ブレーズ角度θｂに等しい。回折格子として、回折指向性は、回折格子の式ｍλ＝ｄ（ｓｉｎθｉ±ｓｉｎθｍ）によってモデル化することができる。ここで、ｍは回折次数、ｄは格子ピッチ、ｉは入射角度、ｍは出力回折光角度である。ブレーズド回折格子は従来型格子のピッチｄを有し得るが、傾斜面も有し得る。この傾斜面は、光束を特定次数に向けて当該格子の効率を増加させる一方、残留パワーを最小限にして他の次数（具体的にはゼロ次）にする。オン状態６０にあるマイクロミラー５５では、入射光は名目上、オン状態の光として、鏡面反射によって決まる方向へと向きが変えられるが、効率は回折によって改変される。回折効果は、何らかの光が他の回折次数に向けられるにつれて平坦鏡面に対する効率損失をもたらす。ブレーズはその後、当該回折次数を部分的に回復させることができる。
【００２３】
図３ｂに示されるように、様々な発生光ビーム２５すなわち出力回折次数（ｍ）がもたらされ得る。これは、動力解除状態にある反射光方向に対応する０次ビーム（ｍ０）を含む。図３ｂは、６つの回折次数の組の一例を例示する。そのうちの３つの次数（ｍ＝２，３，４）は、光学系８０のアパチャ８５を通って収集されるオン状態の光６０の円錐となり得る。
【００２４】
マイクロミラーアレイ５０からの回折は、変わりやすい二次元格子構造となり得るので、図３ｂが示すものよりも複雑になり得る。例えば、回折は、平面の代わりに２つの次元において生じ得る。図４は、回折パターン２００の画像を示す。回折パターン２００は、マイクロミラーアレイ５０のオン状態画素にコリメートレーザビームを向けることによってもたらされた回折スポットの二次元アレイである。オン状態の回折光６０、弱い動力解除状態の光６２（ゼロ次）、弱いオフ状態の光６５、及び多数の他の回折次数が発生する。回折次数の基本的な位置は回折格子の式によって予測可能であるが、潜在的に有用な収集光を代表する有効なオン状態の回折光６０は、収束又は発散光がデバイスに向けられる場合、大きな領域（回折パターン２００ａ）に広がり得る。この潜在的な収集回折パターン２００ａは、さらに複雑となり得る。回折効率及び出力方向が、入射光（Δλｃ）の波長及び帯域幅、マイクロミラーアレイ５０に合焦された（例えばＦ／６における）収束ビームを有することに起因する入射角度（θｉ）の変動、マイクロミラー５５の傾斜変動及び表面品質変動、並びに多数の他の因子の関数として変動するからである。その結果、アパチャ８５の一般的な方向に向かう回折光の指向性、効率、及び集合的な光の輪郭を予測することが困難となり得る。加えて、ブレーズド回折格子に対して利用可能な発表理論及び実験データは双方ともほとんどが、リトロー構成という特定の場合にのみ向けられている。リトロー構成では、ブレーズ角度は、回折角度と入射角度とが同一となるように選択され、回折ビームは本質的に、入射ビームへと戻るように反射される。SPIE Proc. Vol. 240, pp. 171-176, (1980)に発表されたＭ．ＢｏｔｔｅｍａによるEchelle Efficiency and Blaze Characteristicsとの論文が、エシェル式ブレーズド回折格子の回折効率に対するモデルを与えるが、これはリトロー条件から逸脱する。しかしながら、マイクロミラー５５は、投影器においてリトロー条件に近い配向で使用されるわけではないので、ガラスにエッチングされた固定格子構造と比べてかなり複雑となり得る。
【００２５】
投影システムとして使用されるマイクロミラーアレイ５０の回折の詳細を予測する困難性を考慮して、いくつかのＤＭＤデバイスの詳細なベンチテスト実験測定を、その代わりに行うことができる。第１例として、図５ａは、約２４°の合成入射角度でデバイスの小部分に入射した緑色５４３ｎｍレーザ光の収束Ｆ／６ビームにより照射された４Ｋ解像度ＤＭＤ光によってオン状態において発生した回折パターンを示す。この場合、左利き回折パターン２１０が生じる。支配的な第二回折次数２３５及び第三回折次数２４０が、第一回折次数２３０よりも左及び下方に配列され、動力解除状態６２の回折次数（ゼロ次）近くに配置される。図６ａは、図５ａのａ−ａ軸に沿ってスキャンされた、関連する断面回折輪郭２５０を示す。これは、約±５°幅の顕著な回折ピーク２５５と、左側へ次第に小さくなる注目すべき回折テイル２６０とを有する。第２例として、図５ｂは、第２の４Ｋ解像度ＤＭＤデバイスに入射した緑色５４３ｎｍレーザ光のＦ／６ビームに対する回折パターンを示し、図６ｂは、関連する回折輪郭２５０を示す。この第２例では、右利き回折パターン２２０が生じる。支配的な第二回折次数２３５及び第三回折次数２４０が、第一回折次数２３０よりも右及び上方に配列され、動力解除状態６２のゼロ次数回折次数から離れるように配向される。回折利き手は、平面内の回折次数配列の視覚的又は空間的な記述である。ただし、オン状態次数の集合は、変調器から離れるように伝播する光の複合形状ビーム又は円錐を記述する。図６ａ及び６ｂの画像は、色画像からグレースケール画像へと変換されているが、紙上の見かけ密度は、光強度を正確に示しているわけではない。
【００２６】
図４の回折パターン２００に関しては、左利き回折輪郭２１０及び右利き回折輪郭２２０は、コリメート光の代わりの収束入射光によるオン状態６０を経験する結像を目的として潜在的に収集可能な回折パターン２００の複数部分（２００ａ）の例である。図４の文脈では、左利き回折パターン２１０は第二及び第三回折次数が動力解除状態６２にさらに近く、右利き回折パターン２２０は第二及び第三回折次数が動力解除状態６２からさらに離れる。
【００２７】
具体的にはオフ状態漏洩光を拒絶する高透過率及び高コントラスト双方が望ましいところ、左利き及び右利き回折パターンの存在ゆえに、収集光学系の制限アパチャを、サポート可能な開口数又はＦ値に関して最適化することが困難となり得る。単一の制限アパチャを透過率及びコントラスト双方に関し、所与入射スペクトル帯域幅に対して所与回折利き手を有する光の収集をサポートするように最適化するべく、回折利き手の特徴サイズ及び形状を理解することができる。ＤＭＤ式マイクロミラーアレイは、異なる照明スペクトル帯域幅が適用されると、サイズ及び形状が有意に変動する回折利き手を示し得る。多重移行スペクトル帯域幅に対して許容可能なコントラスト及び効率を与えるべくアパチャを最適化することが、困難となり得る。
【００２８】
図７ａは、図５ａの一例の緑色左利き回折パターン２１０を、２つの光アパチャ８５を重ねて示す。図５ａの緑色左利き回折パターン２１０は、マイクロミラーアレイ表面から拡張しかつアパチャ８５が存在する平面に当たる光の複合的なビーム又は円錐を代表し得る。ここで、いくつかの光は透過され、他の光は遮断される。小さな光アパチャが、名目上第一回折次数２３０のみが下流側光学系８０（例えば投影レンズ１７０）に入ることを許容するＦ値（又は例えばＦ／６のようなＦ＃）又は開口数（ＮＡ）をサポートする半径を有し得る。代替的に、少なくとも第二回折次数２３５の部分と、恐らくは高い回折次数（例えば第三回折次数２４０）の部分とを光アパチャ８５へと収集する小さなＦ値（例えばＦ／３）又は大きなＮＡをサポートするサイズも有し得る。アパチャ８５は丸く示されるが、楕円又はさらに複合的な形状も使用することができる。図５ａの左利き回折パターン２１０を与えるデバイスの緑色レーザ光試験のＦ値に対する光収集効率を示す図７ｂは、収集アパチャ８５に対する光収集効率（左利き効率２７０）が、Ｆ値が減少するにつれて増加することを示す。この効率測定は、照明Ｆ値を定数Ｆ／６に保持して収集Ｆ値を変化させることによって達成することができる。同様に、図７ｃは、緑色光の左利きコントラスト２８０のデータの例を示す。これは、デバイスがオフ状態にある場合に収集アパチャ８５に光が漏洩する原因となるオフ状態コントラストが、Ｆ値が増加するにつれて増加することを実証する。このデータを要約すると、大きなＦ値は良好なコントラストを与えることができるが、アパチャ８５への収集効率は小さくなるといえる。
【００２９】
緑色左利き又は右利き回折パターン２２０を与えるマイクロミラーアレイ５０に対し、効率及びコントラストを検証することができる。例えば、図７ｂは、図５ｂの右利き回折パターン２２０を与えるデバイスの緑色レーザ光試験のＦ値に対する効率を示す。これは、緑色レーザ光の収集効率が、収集Ｆ＃が（大きなアパチャ８５に対応して）減少するにつれて増加することを示す。左利き回折パターン２１０に対するＦ／６での約６２％という左利き収集効率２７０は、右利き回折パターン２２０に対する約５７％という右利き回折効率２７５よりも大きい。一般に、この差異は、大きなＦ値（小さなアパチャ８５）に対して保持することができる。ただし、２つの曲線は、Ｆ／３アパチャに対してほぼ同一の効率（約７１％）に収束する。デバイス群にわたり、回折Ｆ／６緑色照明光のＦ／６収集効率は５６〜６５％の範囲であった。
【００３０】
図７ｃに関し、図５ｂの緑色右利き回折パターン２２０を有するデバイスに対するオフ状態漏洩右利きコントラスト２８５も、大きなＦ値に対しては増加するが、当該コントラストは、左利きの場合（２８０）で経験されたものよりも低い。このように、いずれの場合においても、光効率に対してＦ値を最適化することは（例えばＦ／３）、丸いアパチャ８５についてのコントラストを低減させることができ、かつ、コントラストに対してＦ値を最適化することは（例えばＦ／６）効率を低減させる。
【００３１】
ＤＭＤマイクロミラーアレイ５０の中程度サイズのサンプル組が検証されて左利き回折又は右利き回折デバイスの数はほぼ等しく見えるが、データは一貫して、緑色光の左利きデバイスが、緑色光の右利きデバイスよりも高い収集効率かつ高いコントラストの結果を示す。これが示唆するのは、４ＫのＤＭＤマイクロミラー光変調器アレイを、左利き回折を示すデバイスが有意に高い効率及びコントラストを与えることができる緑色光性能を目的として試験かつ分類することができるということである。
【００３２】
７．５μｍの画素ピッチと、約２４°の合成入射角度の５４３の入射緑色光とを有する４ＫのＤＭＤマイクロミラーアレイ５０の場合、パラメータの組み合わせにより、光を一つの次数（第一次数２３０）に最大化させるブレーズ条件を実質的に満たすことができる。収束入射光の存在が他の回折次数への広がりを増加させる。対比上、４ＫのＤＭＤデバイスへの６３０〜６４０ｎｍ範囲の入射赤色光は、ブレーズ条件とはならないが、第一回折次数２２０の外側において、緑色光に関して見られた光よりも多くの光を分布させることができる。
【００３３】
特に、４ＫのＤＭＤマイクロミラーアレイ５０のサンプル組におけるデバイスには、緑色、赤色又は青色レーザ光に露出されたときの回折、光収集、及びコントラスト性能の試験を行うことができる。図５ｃは、約２４°の合成入射角度でデバイスの小部分に入射した赤色６３２ｎｍレーザ光の収束Ｆ／６ビームで照射された４Ｋ解像度ＤＭＤ光によってオン状態において発生した回折パターンを示す。この場合、右利き回折パターン２２０が生じ得る。支配的な第二回折次数２３５及び第三回折次数２４０が、第一回折次数２３０よりも右及び上方に配列される。図６ｃは、図５ｃのａ−ａ軸に沿ってスキャンされた、関連する断面回折輪郭２５０を示す。ここで、回折ピーク２５５及び回折テイル２６０は双方とも、緑色光に見られたものよりも広い。入射赤色６３２ｎｍレーザ光のＦ／６ビームに対する第２例として、図５ｄは、異なるマイクロミラーアレイ５０の回折パターンを示し、図６ｄは、関連する回折輪郭２５０を示す。この第２例では、左利き回折パターン２１０が生じ、支配的な第二回折次数２３５及び第三回折次数２４０は、第一回折次数２３０よりも左及び下方に分布した。図５ｃ〜ｄの赤色回折パターンは、図５ａ〜ｂの緑色回折パターンよりも大きくかつ複雑である。これは、第二回折次数２３５及び第三回折次数２４０に多くの光が存在することに一部起因し、かつ、交差次数２４５に多くの光が存在し、ひいては図５ａ〜ｂのきれいな回折パターンと比べて「汚い」回折パターンを与えることに起因する。
【００３４】
緑色レーザ光試験と同様に、オフ状態漏洩の収集効率及びコントラストは双方とも、入射収束赤色レーザ光に対して、Ｆ／６〜Ｆ／３の範囲にある異なるＦ値に均等な異なるサイズのアパチャ８５で測定することができる。図７ｄは、Ｆ値に対する収集効率を示す。赤色右利き回折を示すデバイスは、大きなＦ値（例えばＦ／６）において左利き収集効率２７５（約４１％の効率）となる赤色左利き回折を示すデバイスよりも高い右利き収集効率２７０（約４４％）を有する。緑色レーザ光試験と同様に、左利き及び右利き曲線は双方とも、Ｆ／３において同じ近似的効率（約７０％）に収束する。全体的なデバイス群では、Ｆ／６回折照明赤色レーザ光のＦ／６収集に対する効率の結果は、緑色光に見られる結果よりも低く（３９〜４７％）なり得る。デバイス群では、赤色右利きデバイスは、赤色左利きデバイスよりも高い光効率を有し得るが、２つの群は、Ｆ／６において見られる効率の範囲内で、ある程度重なるほど十分に近接し得る。
【００３５】
赤色左利き及び右利きデバイスに対してコントラストを検証することができる。赤色光における左利きのマイクロミラーアレイのコントラスト曲線の一例が、左利き赤色コントラスト２８７として図７ｃに示される。赤色光でも緑色光のように、Ｆ値の増加とともにコントラストが増加する。ただし、赤色光コントラストは一般に、緑色光コントラストよりも低い。赤色右利き回折を与えるデバイスは、赤色左利き回折を有するデバイスよりも高い赤色光コントラストを有する。図７ｃは赤色右利きコントラスト曲線を示さないが、赤色右利きコントラストは、同図に示される緑色右利きコントラスト２８５に合致又はそれを超え得る。赤色光において右利き回折を与えるマイクロミラーアレイデバイスは、赤色光において左利き回折を与えるデバイスよりも高い光効率及び高いコントラストの双方を示す。しかしながら、当該差異は小さく、当該群は、いくつかの赤色左利きデバイスが、いくつかの赤色右利きデバイスよりも高いコントラスト及び効率を有するように重なる。５４３ｎｍの緑色において左利きであるマイクロミラーアレイデバイスは、６３２ｎｍの赤色において右利きとなり得る。これは、最善に機能する所与デバイスが、緑色及び赤色双方に対してもそうなる傾向があることを意味する。これはデバイス選択の競合をもたらし得る一方、左利きと右利きとの差異は、緑色光では明確となり得るが赤色光では不明確となり得るので、赤色光使用を目的とするデバイスの選択には大きな自由度が存在し得ることを示唆する。
【００３６】
同じ群のＤＭＤマイクロミラーアレイ５０を、青色４６４ｎｍレーザ光に露出することによって試験することができる。図５ｅ及び６ｅに示されるように、青色レーザ光に見られる左利き回折パターン２１０及び回折輪郭２５０は、緑色レーザ光（図５ａ、ｂ）に見られる回折パターンに類似し得る。しかしながら、図５ｆ及び６ｆは、赤色光に見られるものに類似する青色光右利き回折パターン２２０及び回折輪郭２５０を示す。これらの類似は、青色利き手に関する収集効率がマッピングされた図７ｅに反映されている。ここで、青色左利きデバイスは、約６２％の回折青色Ｆ／６照明光に対して、緑色左利きデバイスに類似するＦ／６左利き収集効率２７０を有する一方、青色右利きデバイスは、赤色右利きデバイスに類似するわずか約４５％の右利き収集効率２７５を有し得る。青色光左利き手を示さないがその代わりに青色光右利き手を示すマイクロミラーアレイ５０は、赤色又は緑色光いずれかに見られるものよりも大きな範囲の回折光分布を示し得る。特に、明確に青色光左利きというわけではないデバイスは、図６ｆに示されるような青色光右利きとな得るか、又は回折次数の配列が（少なくとも２つの軸に沿って）ほぼ対称的な回折光分布となる中間利き手を有し得る。
【００３７】
コントラストは、青色光においてこれらのデバイスに対して検証することができる。図７ｃにおいて青色コントラストの曲線は図示されないが、青色左利き手を有するデバイスは、青色右利き手を有するデバイスよりも高いコントラスト（約１．５倍）を有し得る。しかしながら、最善の青色光コントラストでも、赤色又は緑色光いずれかにおいて達成されるものよりも低くなり得る。これは望ましいことではなく、かつ、実際の投影器において生じ又は生じないかもしれないが、人間の目は、青色光コントラストに対する感受性が、赤色又は緑色光コントラストに比べて弱くなり得るので、当該差異は許容可能となり得る。
【００３８】
青色レーザ光に対して左利きでありかつ最善の青色光効率性能を有するマイクロミラーアレイ５０は、緑色において右利きでありかつ最悪の緑色光効率性能を有していたデバイスと同じにすることができる。左利き回折マイクロミラーアレイデバイスが緑色光及び青色光双方において好ましいが、当該２つの組を互いに排他的にして同じデバイスが競合し合わないようにすることができる。対比上、赤色における利き手を優先性が弱く思えるので、赤色デバイスに対する他の選択基準（例えば画素欠陥）が、高い優先順位を有し得る。
【００３９】
左又は右の回折利き手、収集効率及びコントラストは、赤色（６３２ｎｍ）、緑色（５４３ｎｍ）又は青色（４６４ｎｍ）の光へのデバイス露出が変わる場合に波長依存となり得る。ビームダンプ６７によって収集され得るオフ状態光６５を代表する光の、傾斜して拡張する「円錐」のサイズ及び形状もまた、レーザ照射マイクロミラーアレイ５０の利き手に応じてサイズ及び形状が変わり得る。回折利き手は一色のうちでも変わり得る。例えば、デバイスは、４４８ｎｍの青色光において試験することができる。４６４ｎｍにおける同じデバイスに類似する収集効率が４４８ｎｍにおいて取得され得るが、回折利き手が切り替わると、４６４ｎｍにおいて高い効率の左利き回折を与えるデバイスが、他のデバイスよりも高い効率も有し得る４４８ｎｍでの右利き回折デバイスとなる。この例では、当該色チャネルは重なることがなく、約１８ｎｍのΔλｓという光源間スペクトル分離が存在し得る。２つの光源が、この分離帯域幅に及ぶのに十分大きなスペクトル帯域幅（Δλｃ）を有する場合、双方の回折利き手が現れても同時かつ有意に相殺し合う。
【００４０】
他例として、回折利き手を、６３２ｎｍの代わりに６６４ｎｍの代替赤色レーザ波長に対して検証することができる。大きな波長間スペクトル分離（Δλｓ＝３２ｎｍ）は、一色のうちに異なる利き手を与えることができる。この場合、被試験マイクロミラーアレイ５０は赤色右利き回折を示すことができるが、いくつかのデバイスが汚い左利き回折パターン（図５ｃに類似）を与え得る一方、他のデバイスは、対角次数が弱められたきれいな右利き回折輪郭（図５ｂに類似）を与えることができる。６３２ｎｍにおいて汚い右利き輪郭（例えば図５ｄ）を与えるデバイスは、６６４ｎｍにおいてきれいな回折輪郭となるデバイスを含み得る。
【００４１】
図７ｂ、ｄ、ｅの効率グラフを考慮すると、赤色、緑色又は青色という露出波長又は当該波長に対して経験された回折利き手にもかかわらず、ピーク効率はＦ／３の近くに見られる。さらに、Ｆ／３においては、波長に対するピーク効率は、広い効率測定範囲が高いＦ値において見られるにもかかわらず、類似する狭い範囲（約６９〜７２％）に収束する。図７ｃのコントラスト曲線を考慮すると、ピークコントラストは、高いＦ値において経験されている。この傾向は、左又は右利きいずれのデバイスにも当てはまるが、達成された実際のコントラストの数は、収束したピーク収集効率と比べてかなり大きな範囲にわたって変動し得る。後者の場合、少量の迷光によってコントラスト測定値の差異が生じ得る。これが、不可解なかつ測定上のノイズに敏感な結果をもたらす。その結果、移行光の回折利き手に対して光アパチャ又は収集Ｆ値を最適化することは、収集効率若しくは画像コントラストが高い優先順位を有しているのか、又はバランスのとれた優先順位が中間値（例えばＦ／４．５）を駆動し得るのかに依存し得る。光アパチャは、回折光のどの部分が光学的に有用かを、迷光を低減しかつ画像コントラストを与えるべくどの光が結像（投影）に使用されるのか及びどの光が拒絶（遮断）されるのかとの観点から、決定することができる。
【００４２】
しかしながら、この決定に影響を与える得る他の因子も存在し得る。例えば、マイクロミラー５５の傾斜が、ヒンジの変動又は他の原因によりマイクロミラーアレイ５０全体にわたってばらつき得る。この問題は、４Ｋ解像度ＤＭＤ用の小さなマイクロミラーサイズへのシフトによって悪化しているようである。平均ミラー傾斜角度（±１２°）まわりの±０．１°に平均され得る当該ミラー傾斜変動の結果、回折光の方向は、画素ごとに変動し得る。ただし、その変動は、デバイスにわたって急激にというよりむしろ、ゆっくりとしている。図５ａ〜ｆの回折パターン２００の場合、この回折パターンは、固定された収集アパチャ８５に対してシフトさせることができる。アパチャを拡大することによっても、この収集効率変動を低減することができる。しかしながら、収集変動効率が中程度にゆっくりと変化しかつ好ましくは経時的に一定である場合、投影器１００における均一性修正機構が信頼性をもって、この差異を補償することができる。この問題を例示するべく、図９は、赤色６４３ｎｍの光のＦ／７照明によるＤＭＤマイクロミラーアレイ５０にわたる位置がスキャンされた光効率変動のグラフの例を示す。このグラフは、Ｆ／６効率２９５の曲線を示す。これは、デバイスにわたり平均が約４８％であって約４７〜５１％間で変動する。Ｆ／３．５収集アパチャでは、Ｆ／３効率２９０が高く（約６６．５％）、変動が低減されている（デバイスにわたって０．５％未満）。Ｆ／５収集による中間の場合では、Ｆ／５効率２９２は、デバイスにわたって平均が約５７％であって変動は±１．０％にすぎない。光効率は、サンプルのマイクロミラーアレイデバイスにわたってスキャンされるにつれて照明光の収束スポットが変化し得るが、回折利き手は当該デバイスにわたる位置によっては変化しない。デバイスに対する回折利き手は、入射角度が変わっても変化しないが、照明入射角度の微調整によって回折光の指向性を修正することができる。入射光がマイクロミラー表面に又は当該表面の前若しくは後ろに合焦されるかも、利き手又は効率にほとんど影響しない。回折利き手は入射光の極性に依存しないが、収集効率は極性依存となり得る。
【００４３】
システムの光効率及びコントラストが回折利き手に依存し、かつ、利き手が入射スペクトル帯域幅によって変わり得るので、デバイスを試験かつ分類するプロセスを実装することができる。公称照明Ｆ値を有する光収束ビームを、マイクロミラーアレイ５０の一部分に向けることができる。ビームは、１ｍｍ２以下又は最大でも数千画素を代表する面積を照射するべく合焦することができる。得られた回折次数の配列はその後、視覚的に又は機械視覚システムいずれかによって左利き、右利き、中間等のように分類することができる。各デバイスは、当該デバイスに対する一以上の特性利き手を決定するべく又はその詳細なデータを与えるべく、一以上の公称波長において試験することができる。図２に示されるような、管理可能である３つの第一システムにおいてではあるが、６つの第一（６Ｐ）ステレオシステムの場合において、多くの試験を、各目が特有の波長組（例えばＲ１Ｇ１Ｂ１及びＲ２Ｇ２Ｂ２）を受けるように行うことができる。
【００４４】
代替的に、この方法の例は、回折利き手及び平均デバイスマイクロミラー傾斜の双方を有する異なる使用スペクトルを統計的に相関させるべく使用することができる。デバイスはその後、測定されたミラー傾斜データを使用して少なくとも最初に分類することができる。回折利き手は、いくつかの相関を有し得る。例えば、５４３ｎｍの緑色において左利きを試験したデバイスは、４６４ｎｍの青色では左利き、又は６３２ｎｍの赤色では右利き若しくは４４８ｎｍの青色では右利きとなり得る。代替的に、６６４ｎｍの試験と同様、利き手は、すべてのデバイスに対して一定ともなり得る。ただし、回折パターン及び効率は、交差次数の強度に関してデバイスごとに変わり得る。その結果、単一のレーザ色による単一の試験によって、一範囲の照明波長状態に対して利き手が決定され、大部分のデバイスを、使用を目的として迅速に分類可能とすることができる。他方、５４３ｎｍの緑色において右利きを試験するデバイスは、他の波長における広範囲の回折利き手応答をもたらすことができるので、当該デバイスを適切に分類するべく多くの詳細な試験が存在し得る。回折利き手に対してデバイスを分類するこの型の試験はまた、さらなる特性データを与えるべく光収集効率及びコントラストの迅速測定も含み得る。
【００４５】
回折利き手に対してデバイスを迅速に分類することへの他の優遇アプローチとして、ＤＭＤマイクロミラーアレイの場合、回折利き手を、デバイスにわたる平均ミラー傾斜と相関させることもできる。ＤＣ２ｋからＤＣ４ｋまでのデバイスを含むマイクロミラーのサイズが低下しているので、テキサス・インスツルメンツ社にとって、所与標的オン状態ミラー傾斜を満たす所与デバイスを製造すること又はデバイスごとに同一の平均ミラー傾斜を与えることがますます困難となっている。こうした問題のあるミラー傾斜の変動は、大きなＤＣ４Ｋデバイスをパターニングするべくフォトリソグラフィ・ステッピングプロセスを使用することに関するプロセスの問題ともなり得る。これらのミラー傾斜の変動は、先行世代のデバイスに見られるものと比べて１０倍を超えるほど大きくなり得る。例えば、平均マイクロミラー傾斜が約１１．８°のデバイスは、５４３ｎｍの緑色に対して左利き回折パターンを、又は６３２ｎｍの赤色に対して右利き回折パターンを与えることができる。また、５４３ｎｍの緑色に対して右利き回折パターンを、又は６３２ｎｍの赤色に対して左利き回折パターンを与えるデバイスと比べて、有利な効率及びコントラストの結果を与えることもできる。５４３ｎｍ及び６３２ｎｍにおいて劣った結果を与えかつ約１２．７°の平均マイクロミラー傾斜を有する後者のデバイスは、４６４ｎｍにおいては左利きであって優れた効率及びコントラスト結果を与えるデバイスと同じであり得る。統計的に有効なデバイスサンプリングを使用して特定の波長又はスペクトル帯域幅の対して好ましい回折利き手が試験によって決定されると、ＤＭＤマイクロミラーは引き続いて、測定されたミラー傾斜角度に基づいて分類することができる。異なる平均ミラー傾斜角度は、特性利き手を与えるので異なるスペクトルにとって好ましい。中間ミラー傾斜（約１２．３°〜１２．４°）を有するデバイスはまた、所定スペクトルに対して有利であることが証明され得る。平均ミラー傾斜は、ミラー傾斜変動よりも重要となり得る。平均ミラー傾斜変動が±０．０５°から±０．２０°までの４ＫのＤＭＤデバイスは、当該デバイスにわたって有意な利き手変動を被ることがないので、当該デバイスにわたって均一の高い効率を与えることができるからである。平均ミラー傾斜及びミラー傾斜変動は、コリメートレーザビームをデバイスに向けて発生光の方向変動を見ることによって測定することができる。なお、いくつかのＤＭＤマイクロミラーアレイは、約０．５〜１．０°もの大きなピークミラー傾斜変動を被ることがあり、当該デバイスにわたる利き手又は効率が影響を受け得る。
【００４６】
要約すると、２つの無関係なテクノロジーの進展の収束が、投影システムの設計に影響を与える新たな問題を導入している。一方では、ＤＣ４ＫのＤＭＤデバイスのようなマイクロミラーアレイの画素が、以前に見られたものよりも有意に小さなマイクロミラーとして製造されている。同様に、デバイスの製造プロセスを、デバイス内又はデバイス間の画素ごとの変動を制限するように制御することが困難になっている。今やサイズが１０〜２０可視波長の次数にある小さな画素又はマイクロミラーサイズは固有的に、以前よりも多くの回折効果を発生する。こうした効果は、当該デバイスが多色光（例えば照明具からの白色光）によって照射される場合、大部分が隠れている。しかしながら、プログラム可能なブレーズド回折格子として作用するこうしたデバイスからの回折は、レーザ由来のような狭帯域幅の光が当該デバイスに向けられるときに露呈される。意外にも、レーザ照明はまた、アパチャを通して収集された光の光効率及びオフ状態コントラスト性能を有意に改変する回折利き手効果も露呈する。さらに、回折利き手、効率及びコントラストはすべて、いずれの所与デバイスに対しても、様々なレーザ波長において見られる差異によって明らかなように、どの所与スペクトル帯域幅が当該デバイスに向けられているか及びそのデバイスのミラー傾斜変動に応じて有意に変化する。この場合、狭帯域幅光源を使用するレーザ投影器のような光システムの設計において、所与スペクトル帯域幅又は波長において所与デバイスが与える回折利き手に制限アパチャを合わせることなしには、当該光システムの光効率及びコントラスト性能を最適化することが困難となる。この問題こそが本発明によって解決される。加えて、本発明はまた、所与制限アパチャを所与マイクロミラーアレイデバイスに、対象スペクトル帯域幅におけるそのデバイスの回折利き手に基づいて整合させることも与える。
【００４７】
変調伝達関数（ＭＴＦ）によって測定される画質は、Ｆ値によって変わり得るので、レンズ収差及びレンズ回折の双方によって加減される。それに関連し、図１０は、一定視野をサポートするが各Ｆ値に対して結像性能が再び最適化された投影レンズの、Ｆ値に対するＭＴＦ３００の曲線の一例を示す。このグラフでは、ピークＭＴＦは、Ｆ／５〜Ｆ／６の範囲において取得することができるが、最低ＭＴＦはＦ／２．５において取得することができる。収集効率に対するＭＴＦの折り合いに関し、Ｆ／３からＦ／４までの範囲にあるＦ値が良好な妥協点となる。
【００４８】
システムＦ値に関するＭＴＦ、ミラー傾斜変動、マイクロミラー効率及びマイクロミラーコントラストを含む様々な因子を一緒に考慮すると、Ｆ／３．５からＦ／５までの範囲にあるＦ値をサポートする最適化されたアパチャ８５は良好な妥協点となり得る。Ｆ／４〜Ｆ／４．５の範囲のＦ値が使用される。しかしながら、この最適化されたアパチャは、入射レーザ光に関してマイクロミラーアレイ５０の回折利き手をふるい分けかつ選択することによって有利となり得る効率及びコントラストの妥協点ともなり得る。透過される最大Ｆ値に関して異なる最適化されたアパチャが、同じ組の照明スペクトルが使用される場合であっても、他組に対してというよりむしろ、一組のマイクロミラーアレイデバイスに対して決定することができる。６ｐステレオをサポートするべく２つの投影器が使用される場合、２つの投影器が、同じサイズの最適化されたアパチャを有するというよりむしろ、それぞれが、互いに異なる波長による自身の原色スペクトル組を有する。デバイスは、入射レーザ光に関する回折左利き手を目的として選択することができる。このプロセスは、左利き回折が強く好まれかつ右利き手に対する左利き手の決定が競合とはならない青色及び緑色レーザチャネルに対して使用することができる。この回折利き手は、所与デバイスの公称平均マイクロミラー傾斜の測定によって、又は適切なスペクトル帯域幅を有する露出光源による直接測定によって、少なくとも部分的に決定することができる。
【００４９】
例えばＦ／３．５〜Ｆ／４の範囲にある小さなＦ値を有する大きな光アパチャ８５は、色依存アパチャ３１０が使用される場合に許容可能となり得る。例えば、図８に示されるように、色依存アパチャ３１０は、オフ状態コントラストの向上に役立つようにアパチャ８５まわりに戦略的に配置された光遮断素子３２０を有し得る。こうした光遮断素子３２０は、二色性フィルタ、光吸収フィルタ（例えば染料又は顔料を使用）、バッフル若しくは不透明領域、又はこれらの組み合わせを含み得る。したがって、光遮断素子３２０によって、選択的なスペクトル透過及び選択的なスペクトル吸収を得ることができる。例えば、光遮断素子は、図５ｅに示されるような青色左利き回折パターン２１０を含む第一回折次数２３０及び第二回折次数２３５に隣接した遮断アパチャ８５の複数部分における青色迷光を遮断するのに有利な配置及び形状とすることができる。光遮断素子３２０はまた、不要な回折次数からの光又は交差次数２４５からの残留光を拒絶することもできる。この遮断素子の一つの可能な目標は、青色光に対してコントラストを増加させる一方で青色透過光にはわずかにのみ影響することにあり得る。図５ａに示されるように緑色左利き回折パターン２１０が青色回折パターンに大きく重なる場合、遮断素子３２０はまた、緑色コントラストを向上させる目的で緑色光を遮断することができる。しかしながら、これらの左利き回折パターンは類似しても同一ではないので、遮断素子は、異なる位置において青色又は緑色光をそれぞれ遮断又は透過させることができる。６３２ｎｍの光の赤色レーザ光の例では、図５ｃ、ｄの赤色回折パターンは、緑色光に対するパターンよりも大きくかつ汚い。したがって、赤色光が同等の透過率をサポートするように大きなアパチャ８５を使用することができる。図８に示される光遮断領域３２０の一以上は、赤色光を透過させる一方で緑色及び／又は青色光を遮断するべく使用される。この場合、光遮断素子は、少なくとも青色光又は緑色光を遮断する一方で赤色光を透過させる二色性フィルタ又は光吸収フィルタであり得る。これらの光遮断領域３２０のためのフィルタは、典型的にはガラス基板に堆積されるパターニングされた薄膜コーティング又はパターニングされた吸光着色料であり得る。
【００５０】
図８のアパチャ８５の例は付随光遮断素子３２０を有し得る。付随光遮断素子３２０は、スペクトル的に変化し得る複合的外形を有する光ビーム又は円錐を透過可能な複合的アパチャ形状をもたらすことができる。アパチャ８５はまた、図７ａに示されるような単純な形状を有して丸形ともなり得る。その場合、アパチャは、（図５ｃ〜ｄの赤色回折パターンのための光ビームのように）最大のスペクトルビームの一部分を通過させることができるサイズとすることができる一方、回折が広がらないことを被る光ビーム（例えば図５ａ〜ｂの緑色回折パターンのような光ビーム）はアパチャ８５を充填不足とし得る。後者の場合、アパチャは不均一な充填不足となり得るので、第１（赤色）スペクトルが経験するのとは異なる有効なＦ値である不均一Ｆ値がもたらされる。したがって、回折スペクトル帯域幅に対しては、最大Ｆ値、最小Ｆ値又は平均Ｆ値を参照することが適切となり得る。この場合、例えば、平均Ｆ値は、使用されるマイクロミラーアレイと、使用されるスペクトルに対してそのデバイスが与える回折利き手及び回折輪郭とに基づき、異なる色チャネルに対して変化し得る。
【００５１】
図２に示される投影器の例は、赤色、緑色及び青色の空間光変調器１５０すなわちマイクロミラーアレイ５０を有する３チップのシステムであるが、他の投影器アーキテクチャも使用可能である。例えば、単一チップの色順次式投影器の場合、変調器デバイスは、３つの関連スペクトル帯域幅に対する回折利き手が特徴となり得るので、照明ビームは、特定色の回折特性に最適化され得る。光源はレーザとして記載されているが、フィルタリングされたＬＥＤ光源又はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＥＤ）のような他の狭帯域スペクトル光源も使用することができる。光源は可視光源として記載されているが、紫外又は赤外の非可視光源を使用することもできる。これらの他のスペクトル領域における「狭」スペクトル帯域幅は、可視スペクトル領域における狭スペクトル帯域幅とは異なり得る。
【００５２】
本方法がマイクロミラーアレイに、特にＤＭＤマイクロミラーアレイ光変調器に適用されているが、原理上、本アプローチは、投影及び他の目的の他の空間光変調器テクノロジーにも使用することができる。空間光変調器を有する結像システムにおいてレーザ光がますます使用され、かつ、このような変調器デバイスの画素及びサブ画素の特徴部がますます小さくなっているので、光回折の影響は増加し得る。デバイス及びスペクトル帯域間の回折パターンの、利き手のような差異又はその均等物が生じる状況において、再びであるが色依存アパチャアプローチを適用することができる。
【００５３】
例示された特徴を含む上述の特徴は、例示及び説明のみを目的として提示されており、網羅的となること又は本発明を開示された正確な形態に制限することを意図しない。その多数の修正、適合、コンビネーション、サブコンビネーション、及び使用が、本発明の範囲から逸脱することなく当業者にとって明らかとなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図６ｆ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月12日(2017.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光表示システムの第１マイクロミラーアレイ光変調器及び第２マイクロミラーアレイ光変調器の性能を特徴付ける方法であって、
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器への第１入射光ビームに起因する光回折次数の詳細を検出すること又は光収集効率及びコントラストを測定することであって、前記第１マイクロミラーアレイ光変調器は、変調光ビームの一部分を透過し及び前記変調光ビームの残り部分を遮断するサイズ及び形状を有するアパチャを有する光素子に対し、オン状態条件及びオフ状態条件に制御されるように前記第１入射光ビームのスペクトル帯域幅を変調していることと、
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器を前記光表示システムにおける使用から取り外し、前記第２マイクロミラーアレイ光変調器を前記光表示システムにおいて使用されるように配置することと、
前記第２マイクロミラーアレイ光変調器への第２入射光ビームに起因する光回折次数の詳細を検出すること又は光収集効率及びコントラストを測定することであって、前記第２マイクロミラーアレイ光変調器は、前記光素子に対し、オン状態条件及びオフ状態条件に制御されるように前記第２入射光ビームを変調していることと、
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器及び前記第２マイクロミラーアレイ光変調器それぞれに対して検出された光回折次数の詳細又は測定された光収集効率及びコントラストに基づき、前記第１マイクロミラーアレイ光変調器又は前記第２マイクロミラーアレイ光変調器を分類することと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器又は前記第２マイクロミラーアレイ光変調器の分類は、前記第１マイクロミラーアレイ光変調器及び前記第２マイクロミラーアレイ光変調器に対して測定された回折利き手パターンに基づく請求項１の方法。
【請求項３】
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器又は前記第２マイクロミラーアレイ光変調器に対して測定されたマイクロミラー傾斜を使用して、前記第１マイクロミラーアレイ光変調器又は前記第２マイクロミラーアレイ光変調器に対して特性回折利き手を決定することをさらに含む請求項２の方法。
【請求項４】
前記特性回折利き手を決定することは、
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器又は前記第２マイクロミラーアレイ光変調器を、
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器又は前記第２マイクロミラーアレイ光変調器に向けられる選択されたスペクトル帯域幅を有する入射光を使用することと、
動力解除状態ゼロ次数に対する回折次数の配列を特徴付けることと
によって試験することを含む請求項３の方法。
【請求項５】
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器又は前記第２マイクロミラーアレイ光変調器に対して回折利き手が、左利き、右利き又は中間であり、動力解除状態ゼロ次数に対する少なくとも第一次数及び第二次数の配列に関して画定される請求項２の方法。
【請求項６】
第１照明源及び第２照明源が、前記第１入射光ビーム及び前記第２入射光ビームを、７ｎｍ以下の狭スペクトル帯域幅を有する可視光として与えることをさらに含む請求項１の方法。
【請求項７】
前記第１入射光ビーム及び前記第２入射光ビームは、レーザ源に由来しかつ単色に関連付けられる請求項１の方法。
【請求項８】
前記第１入射光ビーム及び前記第２入射光ビームは、レーザ投影システムにおけるレーザ光源である３つの第一光源の一つに由来する請求項１の方法。
【請求項９】
前記第１入射光ビーム及び前記第２入射光ビームは、レーザ投影システムにおけるレーザ光源である６つの第一光源の一つに由来する請求項１の方法。
【請求項１０】
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器及び前記第２マイクロミラーアレイ光変調器はそれぞれ、前記入射光ビームの２０波長よりも小さいマイクロミラーを含む請求項１の方法。
【請求項１１】
前記アパチャの形状及びサイズによって、第一回折次数及び少なくとも一つの隣接第二回折次数のエッジにおいて光を遮断することをさらに含む請求項１の方法。
【請求項１２】
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器及び前記第２マイクロミラーアレイ光変調器はデジタルマイクロミラーデバイスである請求項１の方法。
【請求項１３】
前記光素子は投影レンズである請求項１の方法。
【請求項１４】
前記光素子における光透過変調光ビームのオン状態効率及びオフ状態コントラストが、前記アパチャのサイズ及び形状に対する前記変調光ビームの回折利き手パターンに依存する請求項１の方法。
【請求項１５】
前記第１マイクロミラーアレイ光変調器及び前記第２マイクロミラーアレイ光変調器はそれぞれが、ミラー傾斜の変動、システムＦ値、ミラーサイズ及び照明スペクトルからなる群から選択された少なくとも２つの因子に基づいて、回折パターンの差異が生じ、又は光収集効率を示す請求項１の方法。
【外国語明細書】
2018025816000001.pdf