(57)【要約】【解決課題】実質的全光を少なくとも２つの光路に反射する反射ピクセル式空間光変調器を含んだ照射露光制御システムが開示されている。【解決手段】少なくとも１光路は光伝播光路として作用し、光線を照射する。少なくとも他の１つの光路は非光伝播光路として作用し、光線の伝播を妨害する。照射露光制御システムは高速露光作用と露光時間及び露光頻度あるいは露光順序の精密制御を提供する。【選択図】図３
2007506994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密高速シャッター装置であって、
a)光源からの光を受領するように設計された第１ピクセル式空間光変調器（ＳＬＭ）であって、該光をシャッター処理するものであり、一部遮断光線として前記第１ピクセル式ＳＬＭ照射用の望まれる光のみを実質的に通過させる第１ピクセル式ＳＬＭと、
b)前記第１ピクセル式ＳＬＭからの前記一部遮断光線を受領するように設計された第２ピクセル式ＳＬＭであって、シャッター処理光線として該第２ピクセル式ＳＬＭ照射用の望ましい光のみを実質的に通過させる第２ピクセル式ＳＬＭと、
を含んでおり、前記第１ピクセル式ＳＬＭと前記第２ピクセル式ＳＬＭは、同一シャッター形態を表示し、同時的に光源または第１ピクセル式ＳＬＭからの望まれない光の同一パターンを拒絶し、望ましい選択光出力のみで実質的に成るシャッター処理光線として望ましい光を通過させるために前記第１ピクセル式ＳＬＭと前記第２ピクセル式ＳＬＭのピクセルのオン/オフパターンを制御するコンピュータ用プログラムを搭載した少なくとも１つのコントローラに作動式に接続されていることを特徴とするシャッター装置。
【請求項２】
第１ピクセル式ＳＬＭの上流側に設置され、光源から第１ピクセル式ＳＬＭにスペクトルを提供するように設計されたスペクトル形成具をさらに含んでおり、第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは、望ましい選択スペクトル出力と望ましい波長依存密度分布とで本質的に成る望ましい光部分を通過させるように設計されていることを特徴とする請求項１記載のシャッター装置。
【請求項３】
光源をさらに含み、スペクトル形成具はプリズムと回折格子の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする請求項２記載のシャッター装置。
【請求項４】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは反射ＳＬＭであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項５】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは透過ＳＬＭであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項６】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭの一方は反射ＳＬＭであり、他方は透過ＳＬＭであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項７】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは単反射ＳＬＭの異なる部分であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項８】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは単反射ＳＬＭ上で実質的に並んで提供されており、光ブロックバリヤを挟んでいることを特徴とする請求項７記載のシャッター装置。
【請求項９】
光ブロックバリヤは、オフ位置に設計された単反射ピクセル式ＳＬＭのピクセルの少なくとも１列を含んでいることを特徴とする請求項８記載のシャッター装置。
【請求項１０】
光ブロックバリヤは少なくとも１つの反射プリズムアレイを含んでいることを特徴とする請求項８記載のシャッター装置。
【請求項１１】
第１反射式ピクセル式ＳＬＭの下流側に設置された光投射装置をさらに含んでおり、方向付けられたシャッター処理光線として外部に投光することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項１２】
望まれる光部分は病気治療のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項２から１１のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項１３】
望まれる光部分は光力学治療のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項２から１１のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項１４】
望まれる光部分は病気診断のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項２から１１のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項１５】
望まれる光部分は組織内の望まれる対象体の検出または区別のためのコントラストを増強することができる出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項２から１１のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項１６】
ピクセル式ＳＬＭはデジタル式ミクロミラー装置であることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項１７】
光投射し、精密高速なシャッター処理を実行する独立照射装置であって、少なくとも、
a)高出力光源と、
b)該光源からの光を受領するように設計された第１ピクセル式空間光変調器（ＳＬＭ）であって、該光をシャッター処理するものであり、一部遮断光線として前記第１ピクセル式ＳＬＭ照射用の望ましい光のみを実質的に通過させる第１ピクセル式ＳＬＭと、
c)前記第１ピクセル式ＳＬＭからの前記一部遮断光線を受領するように設計された第２ピクセル式ＳＬＭであって、シャッター処理光線として該第２ピクセル式ＳＬＭ照射用の望ましい光のみを実質的に通過させる第２ピクセル式ＳＬＭと、
d)第１方向にて光学的にピクセル式ＳＬＭにその下流側で接続される光投射装置であって、その光景を照射するために方向付けられた光線として望ましい光部分を投光する光投射装置と、
を含んでおり、前記第１ピクセル式ＳＬＭと前記第２ピクセル式ＳＬＭは、同一シャッター形態を表示し、同時的に光源または第１ピクセル式ＳＬＭからの望まれない光の同一パターンを拒絶し、望ましい選択光出力のみで実質的に成るシャッター処理光線として望ましい光を通過させるために前記第１ピクセル式ＳＬＭと前記第２ピクセル式ＳＬＭのピクセルのオン/オフパターンを制御するコンピュータ用プログラムを搭載した少なくとも１つのコントローラに作動式に接続されていることを特徴とする照射装置。
【請求項１８】
第１ピクセル式ＳＬＭの上流側に設置され、光源から第１ピクセル式ＳＬＭにスペクトルを提供するように設計されたスペクトル形成具をさらに含んでおり、第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは、望ましい選択スペクトル出力と望ましい波長依存密度分布とで本質的に成る望ましい光部分を通過させるように設計されていることを特徴とする請求項１７記載の照射装置。
【請求項１９】
第１ピクセル式ＳＬＭにスペクトルの増強された画像を提供するスペクトル形成具にその下流側で作動式に接続された光学部品をさらに含んでいることを特徴とする請求項１８記載の照射装置。
【請求項２０】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは反射ＳＬＭであることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の照射装置。
【請求項２１】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは透過ＳＬＭであることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の照射装置。
【請求項２２】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭの一方は反射ＳＬＭであり、他方は透過ＳＬＭであることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の照射装置。
【請求項２３】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは単反射ＳＬＭの異なる部分であることを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載の照射装置。
【請求項２４】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは単反射式ＳＬＭ上で実質的に並んで提供されており、光ブロックバリヤを挟んでいることを特徴とする請求項２３記載の照射装置。
【請求項２５】
光ブロックバリヤは、オフ位置に設計された単反射ピクセル式ＳＬＭのピクセルの少なくとも１列を含んでいることを特徴とする請求項２４記載の照射装置。
【請求項２６】
光ブロックバリヤは少なくとも１つの反射プリズムアレイを含んでいることを特徴とする請求項２４記載の照射装置。
【請求項２７】
望ましい光部分は病気治療のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項１８から２６のいずれかに記載の照射装置。
【請求項２８】
望ましい光部分は病気診断のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項１８から２６のいずれかに記載の照射装置。
【請求項２９】
望ましい光部分は光力学治療のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項１８から２６のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３０】
望ましい光部分は組織内の望ましい対象体の検出または区別のためのコントラストを増強することができる出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項１８から２６のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３１】
望ましい光部分は光景の望まれる対象体の検出または区別のためのコントラストを増強することができる出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項１８から２６のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３２】
ピクセル式ＳＬＭはデジタル式ミクロミラー装置であることを特徴とする請求項１７から３１のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３３】
少なくとも１つの１ピクセル式ＳＬＭに下流側で光学的に接続された検出器をさらに含んでおり、該検出器は、少なくとも１つの一部遮断光線とシャター処理光線の少なくとも一方が望ましい選択スペクトル出力と望ましい波長依存密度分布とを含むか否かを決定し、少なくとも１つのピクセル式ＳＬＭのピクセルのオン/オフパターンを調整して、望ましい光部分と望ましい選択スペクトル出力と望ましい波長依存密度分布との間の対応状態を改善するように設計されているコンピュータ用プログラムを搭載したコントローラにも作動式に接続されていることを特徴とする請求項１７から３２のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３４】
光源に作動式に接続され、該光源から反射ピクセル式ＳＬＭ、光学部品及びスペクトル形成具のうちの少なくとも１つの方向に発生される不都合なエネルギーを取り除くための除熱要素をさらに含んでいることを特徴とする請求項１７から３３のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３５】
除熱要素はダイクロイックミラーを含んでいることを特徴とする請求項３４記載の照射装置。
【請求項３６】
不都合なエネルギーはエネルギー吸収面に向けられ、ラジエターに熱伝導されることを特徴とする請求項１７から３５のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３７】
第２ピクセル式ＳＬＭの下流で光学的に接続されたスペクトル再結合器をさらに含んでいることを特徴とする請求項１７から３６のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３８】
検出器はＣＣＤ、ＣＩＤ、ＣＭＯＳ及び光ダイオードアレイのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１７から３７のいずれかに記載の照射装置。
【請求項３９】
物体を照射する方法であって、
a)光線を、光路に沿い、該光線を受領するように設計された第１ピクセル式空間光変調器（ＳＬＭ）を越えて方向付けるステップであって、該第１ピクセル式ＳＬＭは光線をシャッター処理し、一部遮断光線として該第１ピクセル式ＳＬＭを照射する望ましい光線のみを実質的に通過させるように設計されていることを特徴とするステップと、
b) 前記一部遮断光を、前記第１ピクセル式ＳＬＭからの前記一部遮断光線を受領するように設計された第２ピクセル式ＳＬＭを越えて方向付けるステップであって、シャッター処理光線として前記第２ピクセル式ＳＬＭを照射する望ましい光線のみを実質的に通過させるように設計されていることを特徴とするステップと、
を含んでおり、前記第１ピクセル式ＳＬＭと前記第２ピクセル式ＳＬＭは、実質的に同一シャッター形態を表示し、同時的に光源または前記一部遮断光線からの望まれない光の同一パターンをそれぞれ拒絶し、望ましい選択光出力のみで実質的に成るシャッター処理光線として望ましい光を通過させるために前記第１ピクセル式ＳＬＭと前記第２ピクセル式ＳＬＭのピクセルのオン/オフパターンを制御するコンピュータ用プログラムを搭載した少なくとも１つのコントローラに作動式に接続されていることを特徴とする方法。
【請求項４０】
第２ピクセル式ＳＬＭを越えて光線を方向付ける前に、光線をスペクトル形成具を通して方向付け、シャッター処理光線が選択されたスペクトル出力と選択された波長依存密度分布とで本質的に成るように、光線からスペクトルを提供するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭと同じ収容器内に位置する光源からの光線を方向付けるステップをさらに含んでおり、スペクトル形成具はプリズムと回折格子の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする請求項３９記載の方法。
【請求項４２】
スペクトル形成具と第２ピクセル式ＳＬＭの間で光学部品に光線を通過させ、該スペクトル形成具から反射式ピクセル式ＳＬＭに実質的に増強されたスペクトルを提供するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項４０または４１に記載の方法。
【請求項４３】
スペクトル形成具は第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭの上流側に位置することを特徴とする請求項４０から４２のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
シャッター処理光線を、第２ピクセル式ＳＬＭの下流に位置する光照射装置に通過させ、方向付けられた光線として光照射させるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項３９から４３のいずれかに記載の方法。
【請求項４５】
シャッター処理光線は、知られた電灯、陰極線管画像表示装置、光放射画像表示装置及び光放射源のうちの少なくとも１つのスペクトル出力と波長依存密度分布を実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項４０から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４６】
シャッター処理光線は望まれる自然光情景に対応する出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布を実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項４０から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
シャッター処理光線は病気治療のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項４０から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
シャッター処理光線は光力学治療のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項４０から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
シャッター光線は病気診断のために出力エネルギーのスペクトル出力と波長依存密度分布とを実質的に擬似するように選択されることを特徴とする請求項４０から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは反射ＳＬＭであることを特徴とする請求項３９から４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
反射式ＳＬＭはデジタル式ミクロミラー装置であることを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは透過ＳＬＭであることを特徴とする請求項３９から５１のいずれかに記載の方法。
【請求項５３】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭの一方は反射ＳＬＭであり、他方は透過ＳＬＭであることを特徴とする請求項３９から５２のいずれかに記載の方法。
【請求項５４】
第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは単反射ＳＬＭの異なる部分であることを特徴とする請求項３９から５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは単反射ＳＬＭ上に実質的に並んで配置され、光ブロックバリヤを挟んでいることを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
光ブロックバリヤはオフ位置で設計された単反射ピクセル式ＳＬＭのピクセルの少なくとも１列を含んでいることを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
光ブロックバリヤは少なくとも１つの反射プリズムアレイであることを特徴とする請求項５６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で作動し、極性化光に限定されず、高パワー光源でも利用可能であり、照射の露光時間を正確に制御できるシャッターに関わる。
【０００２】
関連出願
本願は２００３年９月２６日出願の米国仮特許願６０/５０６１２０の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
撮像、測定または化学反応あるいは生物反応を開始させる目的で、時に、物体、状況、組織サンプルまたは生体サンプル、化学組成物その他を光で照射することが必要となる。これら目的のためには、対象物または状況を照明する照射量の調整が重要である。照射量調整の最も一般的な方法は、光源エネルギーを変化させるか、照射時間の制御である。
【０００４】
多くの照射源ではその出力エネルギーを変えることは実用的ではなく、あるいは不可能である。出力エネルギーを変えることができる照射源もあるが、精度が劣る。
【０００５】
シャッターの使用が照射時間の制御による照射量の制御には最も一般的である。シャッターは良く知られており、撮像センサーの照射時間並びに被写体の照射時間を制御する。
【０００６】
シャッターは２つの状態を有する装置である。すなわち、開放状態と閉鎖状態である。シャッターは、開放状態では光路に沿って光を伝播させ、閉鎖状態では、光路を遮断し、光の伝播を妨害する。換言すれば、シャッターは開いて光を通過させ、閉じて光をブロックする。典型的なシャッターは機械式、電気機械式、あるいは固形体である。電気機械式シャッターはマイクロプロセッサ制御下で作動されることが多く、シャッターの開放時間と閉鎖時間が決定される。
【０００７】
多くの場合、照射は高速のオン/オフ切替を必要とする。その際、回転盤に円形に配された複数の開口部を有したシャッターがしばしば利用される。そのようなシャッターは“チョッパホイール”として一般的に知られている。チョッパホイールの弱点は露光頻度を変更することなく露光時間を変更するのが不可能なことである。あるいは、露光時間を変更することなく露光頻度を変更するのが不可能なことである。
【０００８】
デジタル光プロセッサ（ＤＬＰ、ピクセル式空間光変調器（ＳＬＭ））に関わる問題はコントラストの欠如であった。ミラーアレイに照射するエネルギーの大半はＤＬＰのミラーによって制御下で反射されるが、少量の光は、ミラーのミクロ変形部と、ミラー間及びミラー下側の電気部品及び機械部品に照射されることによって不完全に反射される。この結果、それら表面や光伝播通路から少量の不都合な光拡散が発生する。これら装置のコントラスト比は歴史的に約４００：１であったが、近年の改善で１０００：１程度になった。コントラスト比の質はＤＬＰに照射する光の角度に依存し、光が複数の角度で照射されると劣化する。
【０００９】
従って、一様タイプのＤＬＰをシャッターとして使用することの限界は、オフ状態であってもそれらが少量の光を通過させ、いくつかの利用形態には適さないことである。
【００１０】
現在の多くの利用形態では、電気機械式シャッターは充分な速度や時間の精度を提供できない。その理由の１つは、多くの電気機械式シャッターが電気信号で起動される小型ソレノイドの作用で作動される金属葉体を含んでいるからである。これら部材は小型軽量であるが、光の通過をブロックあるいはブロック解除のために動き出す際には不都合な慣性が作用する。この慣性作用時間は短いが、シャッターが実際に開閉するには一定の時間が必要である。このため、露光時間が１００ミリ秒（１/秒）以下に接近すると、これらシャッターの精度が劣化する。
【００１１】
このことはまた、実現可能な最短露光時間も限定する。
【００１２】
このレベルの露光制御を提供する１つの試みは、シャッターとして液晶のごとき固体状装置を使用することであった。液晶は電気信号に反応して極性を変えることができる。極性化された光が液晶に向けられると、液晶が同一極性を有していれば光は液晶を通過するが、極性が光の通過に反すれば光はブロックされる。
【００１３】
液晶シャッターは、照射する照射光が極性化されて制御可能となり、多くの光源の出力を低減させ、極性化光が不都合な場合には利用できないようにすることを要件とする。液晶シャッターは加熱しやすい。なぜなら、それらが通過しない光を吸収するため吸収光の消費を管理しなければならず、高パワー光源が必要な場合には適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
高速で作動し、極性化光に限定されず、高パワー光源でも利用可能であり、照射の露光時間を正確に制御できるシャッターは開発されていなかった。本発明はそれら及び他の利点を提供する。
【００１５】
本発明は非常に正確で素早いシャッターを提供する。このシャッターは、照射または他の非撮像目的に使用される光線の切替え速度と露光時間の正確な制御が可能な照射露光制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は照射源からの第１光線を受領し、その光線をピクセル式空間光変調器（ＳＬＭ）に向ける方法、装置及びシステムを提供する。ピクセル式ＳＬＭからの望まれる光は集光され、第２ピクセル式ＳＬＭに向けられる。第１ピクセル式ＳＬＭと第２（あるいはそれ以上）のピクセル式ＳＬＭは別体の装置でも構わず、同一装置の別領域であってもよい。第２ピクセル式ＳＬＯＭからの光は集光され、下流光線となる。ここではそれをシャッター処理光線と呼称する。シャッター処理光線は照射露光制御システムから放光される。
【００１７】
第１ピクセル式ＳＬＭはＳＬＭに照射する実質的に全光を少なくとも２つの異なる光路に反射または拒絶する。実施例によっては、少なくとも１つの光路は光源に反射せず、光を第１ピクセル式ＳＬＭから第２ピクセル式ＳＬＭに伝播する伝播光路として作用する。他方の光路は非伝播光路として作用し、反射したエネルギーを収容部または代用伝播光路に向けることができる。望むなら、第１ＳＬＭまたは第２ＳＬＭからの異なる光路のいずれも光源には反射させないようにできる。
【００１８】
第２ピクセル式ＳＬＭはＳＬＭに照射された実質的に全光を少なくとも２つの光路に反射する。少なくとも１つの光路は第１ピクセル式ＳＬＭには反射せず、光を照射露光制御システムから外部に投光する伝播光路として作用する。他の光路は少なくとも１つの非伝播光路として作用し、反射光エネルギーを収容体や検出器等に反射することができる。
【００１９】
典型的には、ピクセル式空間光変調器は正方形または長方形の装置（他の形状でも可）であり、意のままにオン/オフに切り替えられる多数のミクロピクセルを含む。一部のピクセルをオン状態にし、他のピクセルをオフ状態にすると空間光変調器は、ピクセル式ＳＬＭのその部分への照射光が伝播するか否かを制御することができる。伝播は、テキサスインスツルメント社が製造するデジタル光プロセッサ（ＳＬＰ）のごときミクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）のように可動ミラーで光を異なる光路に向けることでも制御できる。
【００２０】
実施例によっては、ＤＬＰはデジタル式ミクロミラー装置やシリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）装置のごとき反射装置であり、ピクセル式液晶ダイオードやピクセル式ミクロシャッターのような透過性装置ではない。よって、それらは非伝播エネルギーを吸収する問題は有さない。それらは作用が素早く、商品的に信頼性が高い。
【００２１】
コントラスト比を向上させる１方法は複数のＤＬＰ表面を順番に使用することである。この方法によって、第１ＤＬＰ表面のコントラスト比に第２ＤＬＰ表面のコントラスト比が掛け算される。よって、コントラスト比１０００：１のＤＬＰが、理論的コントラスト比の約１００００００：１のシャッターを提供するのに使用できる。しかし実際には、他の要因がこれを達成可能なコントラスト比である、例えば１０００００：１以下に減少させる。５オーダから６オーダ規模の光ブロックは大抵の場合に充分である。もし、さらなるブロックが望まれるなら、さらなるＤＬＰ表面が利用できる。
【００２２】
ピクセル式ＳＬＭのミラーは異なる光路間で前後に素早く切り替えることが可能であるため、反射光線は伝播光路と非伝播光路との間、あるいは複数の伝播光線間で前後に変更できる。
【００２３】
ピクセル化ＳＬＭを含んだ露光制御システムは低コストであり、撮像、測定または化学あるいは生物反応を開始させるような種々な目的のために注意深く制御された露光時間を提供するのに貢献する。
【００２４】
ピクセル式ＳＬＭを含んだ露光制御システムは低コストであるため、撮像、測定または化学反応や生物反応の開始のごとき種々な目的で正確に制御された露光時間を提供する効果的な方法が提供される。
【００２５】
ピクセル式ＳＬＭはコントローラに接続可能である。コントローラはコンピュータ利用可能なプログラムを含み、ピクセル式ＳＬＭのピクセルのオン/オフパターンを制御する。コントローラはシステムの残り部分のいかなる望ましい位置にでも設置できる。例えば、コントローラはＳＬＭシャッターを含んだ照明器具のケース内か、ＳＬＭに近接して維持される。あるいは遠隔的にシステムの残り部分にてワイヤ、光ファイバー、携帯電話リンクあるいは無線リンクで維持できる。望むなら、典型的には１体のコンピュータであるが、複数のリンクされたコンピュータ、複数の非リンクコンピュータ、コンピュータとは別体のコンピュータチップ、あるいは適当なコントローラ装置であるコントローラは、特殊照射特性、すなわち、特殊な望む照射時間と露光頻度とを提供するコンピュータ用プログラムを含むこともできる。
【００２６】
露光時間と露光頻度は周期的でも、制御下で変更するものでも、場合によっては随意的なものであってもよい。例えば、複雑な化学反応のための露光は化学反応の過程で時間によって異なる露光時間を必要とするであろう。
【００２７】
１特徴において本発明は、種々な選択露光時間と種々な選択露光間隔を提供する露光制御システムを提供する。この露光制御システムは次を含む光路を含む。
【００２８】
a.望む場合、光路に沿って進む光源からの照射光線を受領するように設計された入力部；
b.光源の下流に配置され、光学的に光源に接続された第１ピクセル式ＳＬＭ（反射ピクセル式ＳＬＭ等）であり、ピクセル式ＳＬＭに照射される実質意的全光を反射するものであり、少なくとも片方は光源に光を反射して戻さない第１光路と第２光路との間で光線から光を反射または伝達するように切替可能なものＳＬＭ。第１ピクセル式ＳＬＭはデジタルミクロミラー装置またはシリコン装置その他上の液晶でよい。第１ピクセル式ＳＬＭはピクセル式ＳＬＭ内のピクセルのオン/オフパターンを制御する少なくとも１つのコントローラに作動式に接続され、光線を少なくとも第１反射光路または第２反射光路に反射する；
c.望む場合、第２光路または望むなら反射光路からの光線を（第２ピクセル式ＳＬＭに）向ける少なくとも１つの光学部品；
d.第１ピクセル式ＳＬＭの下流で第１ピクセル式ＳＬＭに光学的に接続された第２ピクセル式ＳＬＭであって、ピクセル式ＳＬＭ上に照射される実質的全光を反射し、少なくとも一方は第１ピクセル式ＳＬＭに反射して戻さない少なくとも第３光路と第４光路との間で光線から光を反射するように切り替え可能な第２ピクセル式ＳＬＭ。第２ピクセル式ＳＬＭはデジタルミクロミラー装置、ＬＣＯＳ、ミクロシャッター等でよい。第２ピクセル式ＳＬＭは、ピクセル式ＳＬＭ内のピクセルのオン/オフパターンを制御する少なくとも１つのコントローラに作動式に接続され、光線を第３反射光路または第４反射光路に反射する。本発明の実施例によっては、第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは同一ピクセル式ＳＬＭの第１領域と第２領域でよく、第１コントローラと第２コントローラは同一コントローラでよい；
e.第４光路または望むなら他の光路から光を受領し、望んだ光線あるいはシャッター処理光線として照射制御システムから放光させる出力部。
【００２９】
実施例によっては、このシステムは、第２の望む反射光路内を進まない光を第２反射ピクセル式ＳＬＭにまで進行しないようにブロックするバリヤをさらに含む。実施例によっては、このバリヤはミラーアレイまたはプリズムアレイであり、不都合な光を第２反射ピクセル式ＳＬＭから反射させる。あるいはバリヤは不都合な光を吸収する吸光部品でもよい。不都合な光をブロックする他の部品でも構わない。
【００３０】
本発明の実施例によっては、入力光線は焦点すべく集束する光線でもよく、あるいは平行光線または非集束光線でもよい。
【００３１】
実施例によっては、このシステムの入力ポートは、レーザービームのごとき細い入力光線を拡張する光学部品をさらに含んでおり、光線内のエネルギーを反射ピクセル式ＳＬＭの広範囲にわたって広げることができる。システムの出力ポートはさらに、光線を細い出力光線に変形させる光学部品を含むことができる。
【００３２】
実施例によっては、このシステムの入力ポートは、入力光線を焦点させるか平行にする光学部品をさらに含んでいる。このシステムの出力ポートは出力ビームを焦点させるか平行にする光学部品をさらに含んでいる。光線を第２反射光路から第２反射ピクセル式ＳＬＭに向ける光学部品は平坦反射面であってもよく、あるいは反射曲面でもプリズムでもよく、あるいは光線の形状操作及び方向付けする別型の光学部品でもよい。
【００３３】
実施例によっては、第２反射光路からの光を方向付ける光学部品は存在しない。このような実施例では、第２反射光路は第２反射ピクセル式ＳＬＭにまで直接的に進行する。実施例によっては、このシステムは光線をサンプル処理する検出器をさらに含むことができる。検出器は有用なフィードバックを提供できる。例えば、露光制御のタイミングに対して提供できる。実施例によっては、コントローラはコンピュータプログラムを含み、反射ピクセル式ＳＬＭ内のピクセルのオン/オフパターンを制御することができる。
【００３４】
別の特徴では、本発明は入力ポートの上流に位置する光源を含む。その光源はレーザー、キセノンアーク灯、水銀アーク灯、タングステンフィラメント灯、金属ハロゲン化物灯、蛍光灯、赤外線源、ガス放出管、発光ダイオード、または光線にすることができるどのような光源であってもよい。本発明のこれら及び他の特徴と実施例は本明細書中に記載されている。本説明は本発明の様々な特徴及び実施態様を提供する。それらの組合せ並びに変更は適宜可能である。さらに、本明細書中で様々な参考文献が紹介されている。そのような文献の内容を本願に援用する。それら文献には、ＵＳ特許６７８１６９１、ＵＳ特許願１０/８９３１３２（２００４年７月１６日出願）「照明光の濃縮及び形状化に関する装置と方法」、ＵＳ特許願（２００４年９月２７日出願）「色彩画像エンドスコープシステムに関する装置及び方法」、ＵＳ特許願（２００４年９月２７日出願）「光治療、光力学治療及び診断を実行する装置と方法」並びにＵＳ特許願（２００４年９月２７日出願）「性能向上したスペクトル測定システムに関連する装置と方法」がある。
【００３５】
詳細な説明
本発明は照射露光制御システムを提供する。このシステムは、少なくとも２つのピクセル式空間光変調器（ＳＬＭ）を直列に含んでいる。ＳＬＭは光源からの実質的全光を反射または拒絶する。その光はスペクトルに形成でき、少なくとも２つの異なる光路に方向付けすることができる。そして少なくともその一方は光源に戻らない。少なくとも１つの光路は伝播光路として作用し、発光システムからの光線を伝送する。非伝播光路として少なくとも１つの他の光路が存在でき、不都合な光線がシステムから伝送されるのを防止し、あるいは他形態の利用のために異なる光路に沿って伝送されるのを防止する。照射露光制御システムは高速露光動作と、露光時間並びに露光頻度または露光順序の精密制御を提供する。
【００３６】
このシステムは別システムの一部であることも、照明体または他の適当な光源の一部であってもよい。
【００３７】
定義
以下にて本明細書中で使用されるいくつかの用語の定義を提供する。それら用語を含めて本文で使用されている用語は特に記載がないかぎり通常の意味で使用されている。
【００３８】
「コントローラ」とは本装置及び方法にて使用される空間光変調器、検出器等の機器である。「コントローラ」はコンピュータ用プログラムを含んでいるか、それにリンクされている。典型的には、コントローラはコンピュータや、ＣＰＵ等の他の装置を含んでおり、他の装置に指示してピクセル式ＳＬＭのピクセルのオン/オフパターン、ピクセル式光検出器（電荷カップリング装置（ＣＣＤ）等）、電荷注入デバイス（ＣＩＤ）またはコンプレメンタリ酸化金属半導体（ＣＭＯＳ）及び/又は検出器から得られたコンパイルデータの制御のごとき特定機能を、上流空間光変調器を制御するためのフィードバック等のデータを使用する等で実行させる。コンピュータは暗号化データを保存できる電子デバイスを含んでおり、高速にて数学的操作または論理的操作を実行するようにプログラムできる。コントローラは当業界ではよく知られており、本発明の特定の特徴に合わせた望ましいコントローラの選択は当該技術の範囲内である。
【００３９】
「空間光変調器」（ＳＬＭ）は選択的に光を変調できる装置である。本発明は照射システムの光路に提供された１体または複数体の空間光変調器を含んでいる。ピクセル式空間光変調器は独立ピクセルのアレイを含む。ピクセルとはスポットであり、光通過特性を有し、光路に沿って光を反射あるいは伝送し、あるいは光をブロックして光路での進行を妨害する。そのようなピクセル式アレイはよく知られている。マルチパターンアパーチャアレイとも呼称されており、強誘電液晶デバイス、電気泳動表示器または静電ミクロシャッターのアレイで形成できる。米国特許５５８７８３２、５１２１２３９、Ｒ．ブエレウミール、「新電気機械ミクロシャッター表示装置」（ユーロディスプレー誌８４年、表示研究会議９月１９８４年）参照。
【００４０】
反射ピクセル式ＳＬＭは、少なくとも１つのオン状態とオフ状態間の切り替え可能な高反射性ミラーのアレイを含んでいる。例えば、少なくとも２つの異なる反射角度間、または存在と非存在との間で切り替えできる。反射ピクセル式ＳＬＭの例には、デジタル式ミクロミラー装置（ＤＭＳ）、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）装置及び他のミクロ電気機械構造体（ＭＥＭＳ）がある。ＤＭＤはテキサスインスツルメント社から入手できる。ＤＭＤ実施例では、ミラーは３状態を有する。“０”状態では、ミラーはアレイ面に平行であり、アレイから直角光を入射方向に反射して戻す。第１エネルギー化状態すなわち“−１０”状態では、ミラーはアレイ面に対して“−１０°”に固定される。第２エネルギー化状態すなわち“＋１０”状態では、ミラーはアレイ面に対して“＋１０°”に固定される。他のずれ角でも可能であり、この装置の別形態で可能である。ミラーがオン状態のとき、そのミラーを照射する光は照射光路に向けられる。ミラーがオフ位置にあるとき、光は照射光路から離れる。オンとオフは選択でき、エネルギー化または非エネルギー化状態に対応する。あるいはオンとオフは異なるエネルギー化状態に対応するように選択できる。望めば、投射光路から離れる光も集光でき、いかなる望む目的にでも利用できる（換言すれば、ＤＭＤまたは他のＳＬＭは同時的に、または連続的に複数の有用な光路を提供する）。ＤＭＤのパターンは複数のスペクトルと密度の提供を同時的または連続的に提供するように設計されており、ＤＭＤの異なる部分は複数の異なる投射光路に沿った投射または撮像目的に使用できる。
【００４１】
「照射光路」とは光源から標的までの光路である。「検出光路」とは検出器に対して発生される光の光路である。「光」は紫外線（ＵＶ）、青色光線、可視光線、近赤外線（ＮＩＲ）及び赤外線（ＩＲ）を含む。
【００４２】
「上流」及び「下流」は通常の意味で使用される。すなわち上流とは装置が光源に近いことを示し、下流とは光源からさらに離れていることを示す。
【００４３】
本発明の範囲は手段プラス機能の概念及び方法プラス機能の概念が含まれる。しかし、本明細書で使用される用語は、「手段」が特に言及されていない限り、「手段プラス機能」を請求項で意図しない。同様に、本明細書で使用される用語は、「方法」が請求項に明記されていない限り「方法プラス機能」を意図しない。一方「方法」と明記されていれば、「方法プラス機能」が意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本願の他の用語は上記の定義に基づいて解釈される。
【００４５】
図に関しては、図１は、可変である選択された露光時間と露光頻度を有した光を提供する照射露光制御システムを概略的に示す。光源は入力ポートの上流端に提供されており、入力ポートを通って照射露光制御システムに入光する光線２を発生し、反射ピクセル式ＳＬＭ１に方向付けられている。
【００４６】
光線２は反射ピクセル式ＳＬＭ１で反射され、ＳＬＭの構成要素であるミラーがオン位置であるとき伝播光路３に沿って進行する。光路３は出力ポート方向に向けられ、そこから光線はシステム外に放射させる。
【００４７】
光線２は反射ピクセル式ＳＬＭ１で反射され、ＳＬＭの構成要素であるミラーがオフ位置にあるとき非伝播光路４に沿って進行する。実施例によっては、光路４は、光が熱等となって吸収減衰される光トラップのごとき収容器の方向に向けられる。実施例によっては、光路４は、例えば、照射露光制御タイミングに対して、有用なフィードバックを提供できる検出器に向けることができる。
【００４８】
反射ピクセル式ＳＬＭ１は伝播光路３と非伝播光路４との間で自由に切り替えられる。
【００４９】
本実施例では、光路には増強光学部品が存在しない。他の実施例では、光線２または光線３あるいは光線４は、光を伝達するか反射する光学部品で形状付与または方向付けされる。光の焦点用、拡張用、平行処理用等のレンズ、ミラー、フィルターあるいは他のどのような適した光学部品であっても利用可能である。よって、光は増強光学部品により、伝達または反射その他によって通過される。
【００５０】
大抵の実施例では、第２反射ピクセル式ＳＬＭは第１反射ピクセル式ＳＬＭの下流側に位置する。これによって改良されたコントラスト比が提供できる。図２は同反射ピクセル式化ＳＬＭ上で第１表面及び第２表面として利用される第１反射ピクセル式ＳＬＭ１と第２反射ピクセル式ＳＬＭ２０を概略的に図示する。図示の実施例では、第１面と第２面との間に、第１面から第２面への不都合な光移動を妨害するための光バリヤ６が提供されている。他の実施例では、さらなる反射ピクセル式ＳＬＭを第１反射ピクセル式ＳＬＭと第２反射ピクセル式ＳＬＭの下流側に追加することでコントラスト比はさらに改善される。実施例によっては、これら追加反射ピクセル式ＳＬＭは１体または複数体の反射ピクセル式ＳＬＭ上の別表面領域として利用される。
【００５１】
図３は第２反射ピクセル式ＳＬＭが第１反射ピクセル式ＳＬＭの下流に位置する実施例を概略的に図示する。この実施例では、２つの反射ピクセル式ＳＬＭは同反射ピクセル式ＳＬＭ上の２つの別表面として利用され、それら２面は光バリヤ６で分離されている。第１反射ピクセル式ＳＬＭ１は伝播光路９の光を、光路１１の光を第２反射ピクセル式ＳＬＭ２０に提供する光学部品８の方向に反射する。この実施例では、光学部品は平坦ミラーである。他の実施例では光学部品は湾曲ミラーまたは他の光学部品あるいは光線を反射できる光学部品の組み合わせでよい。第２反射ピクセル式ＳＬＭ２０は、ＳＬＭの反射要素がオン位置であるとき伝播光路３の光を出力ポート側に反射し、ＳＬＭの反射要素がオフ位置であるとき非伝播光路５の光を反射する。
【００５２】
図４は同ＳＬＭ上で２つの別々の表面として２つの反射ピクセル式ＳＬＭ１と２０を備えた１実施例を概略的に図示する。この実施例では、第１反射ピクセル式ＳＬＭ１で反射した電波光路９は、光線を光学部品８の方向で伝播光路１０内に向ける光学部品７の方向に向けられる。光学部品８は光を第２反射ピクセル式ＳＬＭ２０の側の伝播光路１１に向ける。この実施例では、光学部品７と８は平坦ミラーである。他の実施例では、これら光学部品はプリズム、湾曲ミラーその他の光学部品またはそれらの組み合わせて、光路を光路９から光路１１に向けることができるものである。この実施例では、２つの表面１と２０は、反射プリズムアレイの光バリヤ６で分離される。他の光バリヤ材料や、少なくとも１つの列がオフ位置にされた形態でも利用できる。光バリヤ６は第１反射ピクセル式ＳＬＭ１で反射された非伝播光路４を非伝播光路１２に反射する。光バリヤは第２反射ピクセル式ＳＬＭ２０で反射された非伝播光路５を非伝播光路１３に反射する。非伝播光路１２と１３は光学部品７と８を通過しない方向で進行し、実質的に非電波光路の光のいずれも伝播光路に加わらせない。
【００５３】
図５は図４のものに機能的に類似しているが、異なる光路形態である１実施例を概略的に図示する。
【００５４】
図６は、第１反射ピクセル式ＳＬＭと第２反射ピクセル式ＳＬＭが別々の反射ピクセル式ＳＬＭである１実施例を概略的に図示する。この実施例では、第１反射ピクセル式ＳＬＭ１で反射された伝播光路９は第２反射ピクセル式ＳＬＭ２０に直行する方向に向けられ、第２反射ピクセル式ＳＬＭ２０は出力ポート方向に向けられている。
【００５５】
ほとんどの実施例では、非伝播光路は不都合なエネルギーの消費に利用でき、別の照射光路を提供し、検出光を提供して、不都合な光または望ましい光のサンプルが得られるようにすることができる（望む部分はサンプル可能である。なぜなら、照射光路のピクセルのオン状態/オフ状態がセット可能であり、望む部分を分析のために検出器に送ることができ、続いて照射光路に戻すことができるからである）。
【００５６】
別の特徴では、方法は本明細書のデバイスの製造ステップを含む。さらに、生体組織サンプル、生体内組織、医療患者または、景観等の非医療患者のごとき対象物の照射が含まれる。対象物の照射の実施例によっては、方法は(a)光路に沿い、光線を受領するように設計された第１ピクセル式ＳＬＭを介して光線を方向付けるステップを含む。第１ピクセル式ＳＬＭは光を遮蔽し、第１ピクセル式ＳＬＭ上にシャッター処理光線として照射された希望光だけを通過させる。さらに、(b)第１ピクセル式ＳＬＭからの部分的に遮蔽された光線を受領するように設計された第２ピクセル式ＳＬＭを介して、部分的に遮蔽された光線を方向付け、第２ピクセル式ＳＬＭを照射する希望光だけをシャッター処理光線として通過させるステップを含んでいる。第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは、第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭ内のピクセルのオン/オフパターンを制御し、実質的に同一シャッター形態を提供し、光線または部分的に遮蔽された光線から実質的に同一パターンの不都合な光を同時的に拒絶し、希望光を、実質的に希望する選択された光出力のみで成るシャッター処理光線として通過させるコンピュータ利用可能なプログラムを搭載した少なくとも１つのコントローラと接続している。
【００５７】
方法はさらに、第２ピクセル式ＳＬＭを越えて光線を方向付けする前に、光線からスペクトルを提供し、シャッター処理光線が本質的に選択スペクトル出力と選択波長依存密度分布で成るように、光線をプリズムや回折格子のごときスペクトル形成具を介して方向付けするステップを含むことができる。光線は、第１ピクセル式ＳＬＭ及び第２ピクセル式ＳＬＭと同じ容器内で、それらの上流に位置する光源から得ることができる。スペクトル形成具は少なくともプリズムと回折格子のいずれか一方でよい。方法は、光線をスペクトル形成具と少なくとも第２ピクセル式ＳＬＭとの間の光学部品によって通過させ、実質的に増強されたスペクトル画像を提供するステップをさらに含むことができる。方法はまた、第２ピクセル式ＳＬＭの下流側に位置する照射装置でシャッター処理光線を通過させ、光を方向付けされた光線として照射するステップも含むことができる。
【００５８】
シャッター処理光線は、知られた電灯、陰極線管画像表示装置、光放射性画像表示装置、光放射源、または天然光の少なくとも１つのスペクトル出力と波長依存密度分布を実質的に擬似するように選択できる。シャッター処理光線は、病気治療のための出力エネルギー、光力学治療、または病気診断のスペクトル出力と波長依存密度分布を実質的に擬似するように選択することができる。第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは、デジタル式ミクロミラー装置、透過性ＳＬＭ及びそれらの組み合わせのごとき反射ＳＬＭでよい。３以上のＳＬＭでも構わない。第１ピクセル式ＳＬＭと第２ピクセル式ＳＬＭは単反射ピクセル式ＳＬＭの異なる部分であってもよい。それらは光ブロックバリヤを挟んで並べることができる。光ブロックバリヤは、オフ位置で設計された単反射ピクセル式ＳＬＭの少なくとも１列のピクセル、またはミラーから突起する物理的バリヤを含むことができる。その突起は少なくとも１つの反射プリズムアレイを含むことができる。
【００５９】
以上の通り、いくつかの実施例が解説されているが、それらは本発明の説明のみを意図したものであり、本発明の限定は意図されず、本発明の範囲内においてそれら実施例の様々な変更は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１はデジタル式ミクロミラー装置によって異なる方向に反射している光線の概略図である。
【図２】図２は本発明の１実施例による照射露光制御システムの概略図であり、単ＳＬＭ装置の２領域で形成された２つのピクセル式ＳＬＭを含んでおり、領域の分離は光ブロックバリヤで増強されている。
【図３】図３は本発明の１実施例による照射露光制御システムの概略図であり、単ＳＬＭ装置の２領域で形成された２つのピクセル式ＳＬＭを含んでおり、領域の分離は光ブロックバリヤで増強されており、光線は平坦ミラーによって第１領域から第２領域へと向けられている。
【図４】図４は本発明の１実施例による照射露光制御システムの概略図であり、単ＳＬＭ装置の２領域で形成された２つのピクセル式ＳＬＭを含んでおり、領域の分離は光ブロックバリヤで増強されており、ブロックされた光と、２つの平坦ミラーによって第１領域から第２領域へと向けられている光線を再方向付けするプリズムアレイが含まれている。
【図５】図５は図４と類似するが、異なる光路形態を有している。他の光路形態でも可能である。
【図６】図６は２つのピクセル式ＳＬＭを含んだ本発明の１実施例による照射露光制御システムの概略図である。
【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５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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