(57)【要約】      （修正有）【課題】現在のＤＭＤ設計は、ＤＭＤがオフ状態にあるときに、大量のエネルギー吸収を被る。【解決手段】オフ状態で熱負荷を最小化するＤＭＤを提供する。例えば、装置は、複数のマイクロミラーのアレイ１０２と、アレイ内の複数のマイクロミラーの各１つの法線角度に対して、対称に近い角度で光入力を提供する光源１０４と、複数のマイクロミラーがオン状態にあるときに、アレイ内の複数のマイクロミラーの軸外光出力を調整する、光学調整器１０６と、を含み得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
複数のマイクロミラーのアレイと、
前記アレイ内の前記複数のマイクロミラーの各１つの法線角度に対して対称に近い角度で光入力を提供する光源と、
前記複数のマイクロミラーがオン状態にあるときに、前記アレイ内の前記複数のマイクロミラーの軸外光出力を調整する光学調整器と、を備える装置。
【請求項２】
前記対称に近い角度が、前記複数のマイクロミラーの前記各１つの前記法線角度に対して、ほぼ５度〜１０度の角度を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記対称に近い角度が、前記複数のマイクロミラーの前記各１つの前記法線角度に対してほぼ５度の角度を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記光学調整器が、前記法線角度に対して０度より大きい角度を含む前記軸外光出力の視野を調整する自由形状光学系を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
オフ状態で前記複数のマイクロミラーの光出力を収集するビームダンプをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記対称に近い角度に関連付けられている角度範囲内で前記光入力の角度を調整するように、前記光源に結合された可動プラットフォームをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記可動プラットフォームを移動して前記光源からの前記光入力の前記角度を所望の角度に調整するように、前記可動プラットフォームに通信可能に結合されたコントローラをさらに備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
複数のマイクロミラーのアレイと、
前記アレイ内の前記複数のマイクロミラーの各１つの法線角度に対してほぼ対称な角度で光入力を提供する光源と、
前記複数のマイクロミラーがオン状態にあるときに、前記アレイ内の前記複数のマイクロミラーの軸外光出力を調整する光学調整器と、を備える装置。
【請求項９】
前記ほぼ対称な角度が、前記複数のマイクロミラーの前記各１つの前記法線角度に対して、ほぼ０度〜５度の角度を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ほぼ対称な角度が、前記複数のマイクロミラーの前記各１つの前記法線角度に対してほぼ０度の角度を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記光学調整器が、前記法線角度に対して０度より大きい角度を含む前記軸外光出力の視野を調整する自由形状光学系を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
オフ状態で前記複数のマイクロミラーの光出力を収集するビームダンプをさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記対称に近い角度に関連付けられている角度範囲内で前記光入力の角度を調整するように、前記光源に結合された可動プラットフォームをさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記可動プラットフォームを移動して前記光源からの前記光入力の前記角度を所望の角度に調整するように、前記可動プラットフォームに通信可能に結合されたコントローラをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
装置であって、
複数のマイクロミラーのアレイと、
角度範囲の入力角度で光入力を提供する光源であって、前記角度範囲が、前記アレイ内の前記複数のマイクロミラーの各１つの法線角度に対して、ほぼ０度〜１０度を含む、光源と、
前記複数のマイクロミラーがオン状態にあるときに、前記アレイ内の前記複数のマイクロミラーの軸外光出力を調整する光学調整器と、を備える装置。
【請求項１６】
前記入力角度が、ほぼ５度を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記軸外光出力が、ほぼ１９度の角度を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記入力角度が、ほぼ０度を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記軸外光出力が、ほぼ２４度の角度を含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記角度範囲内で前記光入力の角度を調整するように、前記光源に結合された可動プラットフォームをさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、デジタルマイクロミラーデバイスに関し、より詳細には、オフ状態で最小化された熱負荷を有するＤＭＤベースのイメージャに関する。
【０００２】
デジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ、ＤＭＤ）は画像を生成するために使用される。ＤＭＤは、２つの安定位置（例えば、オン状態またはオフ状態）のいずれか１つにそれらの対角線を中心に傾斜することができる、方形マイクロミラーの矩形アレイからなるバイナリ光変調器であり得る。ＤＭＤが電源を入れられると、マイクロミラーは、光源に向かって傾斜することができる。ＤＭＤが電源を切られると、マイクロミラーは、光源から離れて傾斜することができる。
【０００３】
ＤＭＤは、その品質が経時的に劣化しない画像を生成する軽量で、コンパクトで、かつ極めて信頼性の高いデバイスであり得る。ＤＭＤは、衝撃、放射、振動などのような広範囲の温度および環境条件に対して耐性があり得る。結果として、ＤＭＤは、様々な異なるデバイスで使用され得る。例えば、ＤＭＤは、テレビ、分光計などの科学計器、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）プロジェクタなどのデバイスに使用され得る。
【０００４】
本明細書に示す態様によれば、装置が提供される。実施形態の１つの開示される特徴は、複数のマイクロミラーのアレイと、アレイ内の複数のマイクロミラーの各１つの法線角度に対して、対称に近い角度で光入力を提供する光源と、複数のマイクロミラーがオン状態にあるときに、アレイ内の複数のマイクロミラーの軸外光出力を調整する、光学調整器と、を備える装置である。
【０００５】
本開示の別の開示される特徴は、装置の別の実施形態である。一実施形態では、装置は、複数のマイクロミラーのアレイと、アレイ内の複数のマイクロミラーの各１つの法線角度に対して、ほぼ対称な角度で光入力を提供する光源と、複数のマイクロミラーがオン状態にあるときに、アレイ内の複数のマイクロミラーの軸外光出力を調整する、光学調整器と、を備える。
【０００６】
本開示の別の開示される特徴は、装置の別の実施形態である。一実施形態では、装置は、複数のマイクロミラーのアレイと、角度範囲間の入力角度で光入力を提供する光源であって、角度範囲が、アレイ内の複数のマイクロミラーの各１つの法線角度に対して、ほぼ０度〜１０度を含む、光源と、複数のマイクロミラーがオン状態にあるときに、アレイ内の複数のマイクロミラーの軸外光出力を調整する光学調整器と、を備える。
【０００７】
本開示の教示は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を検討することによって容易に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の装置のブロック図を示す。
【図２】本開示のマイクロミラーのアレイの例を示す。
【図３】本開示のマイクロミラーのアレイの例の上面図を示す。
【図４】本開示のマイクロミラーのアレイの例の側面図を示す。
【０００９】
本開示は、オフ状態で最小化された熱負荷を有するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を広く開示する。上述したように、ＤＭＤは、その品質が経時的に劣化しない画像を生成する、軽量で、コンパクトで、かつ極めて信頼性の高いデバイスであり得る。ＤＭＤは、衝撃、放射、振動などのような広範囲の温度および環境条件に対して耐性があり得る。結果として、ＤＭＤは、様々な異なるデバイスで使用され得る。例えば、ＤＭＤは、テレビ、分光計などの科学計器などのデバイスで使用され得る。
【００１０】
上述したように、ＤＭＤは、２つの安定位置（例えば、オン状態またはオフ状態）のいずれか１つにそれらの対角線を中心に傾斜することができる、方形マイクロミラーの矩形アレイからなるバイナリ光変調器であり得る。ＤＭＤが電源を入れられると、マイクロミラーは、光源に向かって傾斜することができる。ＤＭＤが電源を切られると、マイクロミラーは、光源から離れて傾斜することができる。
【００１１】
現在のＤＭＤ設計は、ＤＭＤがオフ状態にあるときに、大量のエネルギー吸収を被る。例えば、２４度の光入力を有するオフ状態では、ＤＭＤは２９％の吸収を有する可能性がある。吸収率が高いと、ＤＭＤの過熱、早期故障、または他のデバイスの誤動作につながる可能性がある。
【００１２】
本開示の実施形態は、オフ状態で熱負荷を最小化するＤＭＤを提供する。例えば、光源は、ほぼ対称または対称に近い入力角度で光を提供し得る。結果として、オン状態でほぼ同量のピーク反射効率を維持しながら、オフ状態で吸収率を最大５０％減少させることができる。
【００１３】
図１は、本開示の装置１００の一例を示す。装置１００は、テレビ、分光計、または他の任意の種類の画像生成デバイスの一部として配置され得るＤＭＤであり得る。
【００１４】
一実施形態では、装置１００は、マイクロミラー１０２のアレイと、光源１０４と、光学調整器１０６と、ビームダンプ１０８と、レンズ１１０と、を含み得る。一実施形態では、装置１００はまた、光源１０４に結合された可動プラットフォーム１１２も含み得る。コントローラ１１４は、可動プラットフォーム１１２およびマイクロミラー１０２のアレイに通信可能に結合され得る。これらの構成要素の各々の説明は以下にさらに詳細に論じられる。
【００１５】
図２は、マイクロミラー１０２のアレイの一例を示す。一例では、マイクロミラー１０２のアレイは、マイクロミラー２０２１および２０２２（本明細書では個々にマイクロミラー２０２または集合的にマイクロミラー２０２とも呼ばれる）を含み得る。図２では、２つのマイクロミラー２０２１および２０２２が示されているが、マイクロミラー１０２のアレイは、任意の数のマイクロミラーを含み得ることに留意されたい。
【００１６】
一実施形態では、マイクロミラー２０２１および２０２２の各１つは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）基板２０４を含み得る。１つ以上の電極２０８は、ＣＭＯＳ基板２０４上に製作され得る。マイクロミラー２０２１および２０２２を制御するシグナリングは、１つ以上の電極２０８を介して、コントローラ１１４からマイクロミラー２０２１および２０２２に送信され得る。
【００１７】
マイクロミラー２０２１および２０２２の各１つは、マイクロミラー２０２１および２０２２がそれぞれの対角線に沿って回転することを可能にするヒンジ２０６を含み得る。マイクロミラー２０２１および２０２２の各１つはまた、ヒンジ２０６に結合されているヨーク２１０も含み得る。ヨーク２１０は、マイクロミラー２０２１および２０２２の各々に支持を提供し得る。
【００１８】
図２は、説明を簡単にするために、マイクロミラー１０２のアレイの簡略化したブロック図を示していることに留意されたい。各マイクロミラー２０２１および２０２２は、図２には標記されていないかまたは示されていない追加の構成要素またはデバイスを含み得る。
【００１９】
一実施形態では、コントローラ１１４は、マイクロミラー１０２のアレイの状態を制御し得る。例えば、コントローラ１１４は、マイクロミラー１０２のアレイをオン状態またはオフ状態に制御し得る。オン状態は、マイクロミラー２０２１が光源１０４に対して＋１２度傾いているものとして定義され得る。オフ状態は、マイクロミラー２０２２が光源１０４に対して−１２度傾いているものとして定義され得る。
【００２０】
図３は、マイクロミラー１０２のアレイの上面図を示す。一実施形態では、軸３０２は、マイクロミラー２０２が回転することができる軸を示す。上の図２に示すように、マイクロミラー２０２は、軸３０２を中心として＋１２度回転してオン状態に、または−１２度回転してオフ状態になり得る。
【００２１】
図４は、マイクロミラー１０２のアレイの側面図を示す。一実施形態では、水平軸４０２は、マイクロミラーの傾斜角４０４を測定する相対軸であり得る。例えば、傾斜角は、オン状態の水平軸４０２に対して＋１２度またはオフ状態の水平軸４０２に対して−１２度であり得る。正の角度は水平軸４０２より下にあってもよく、負の角度は水平軸より上にあってもよい。
【００２２】
一実施形態では、線４１０は、マイクロミラーのアレイに対する法線角度を表し得る。言い換えれば、線４１０は０度を表し得、光入力４１２の角度４０６は線４１０によって表される法線角度に対して測定さ得る。同様に、軸外光出力４１４の角度４０８は、線４１０によって表される法線角度に対して測定され得る。
【００２３】
一実施形態では、正の角度は線４１０の右側に位置付けられ得、負の角度は線の左側に位置付けられ得る。しかしながら、正および負は相対的な用語であり、装置１００の構成要素がどのように配置されるかにより決まり得ることに留意されたい。したがって、本明細書で論じられる角度４０６および４０８の値は絶対値として提供され得る。値が正であるか負であるかは、装置１００の構成要素の向きの関数であり得る。
【００２４】
上記のように、現在のＤＭＤは、＋２４度の角度で光入力を提供する。光の出力は０度であり得る。しかしながら、現在のＤＭＤがオフ状態（例えば、−１２度でのマイクロミラー２０２の傾斜角）にあるとき、現在のＤＭＤは、ほぼ２９％の高いエネルギー吸収を有し得る。
【００２５】
加えて、現在のＤＭＤの構成要素は、本開示の装置１００とは異なるように配置され得る。例えば、現在のＤＭＤの光源は、マイクロミラーのアレイの側面に位置付けられ得、レンズはマイクロミラーのアレイの真上に位置付けられ得る。
【００２６】
図１に戻って参照すると、本開示の実施形態は、ほぼ対称な角度または対称に近い角度で光入力４１２を提供する光源１０４を提供する。ほぼ対称な角度または対称に近い角度で光入力４１２を提供することにより、本開示のＤＭＤは、２９％の現在のＤＭＤ設計と比較して、エネルギー吸収をほぼ１４％〜１５％まで減少させることができる。加えて、本開示のＤＭＤのピーク反射効率は、７７％の現在のＤＭＤ設計と比較して、約７５％〜８０％に維持され得る。したがって、本開示のＤＭＤは、オン状態で電力効率を維持しながら、オフ状態でマイクロミラー１０２のアレイの熱負荷を最小化する。
【００２７】
一実施形態では、対称に近い角度は、ほぼ５〜１０度の角度であり得る。例えば、図４の角度４０６は、対称に近い角度の場合、ほぼ＋５度〜＋１０度であり得る。一例では、対称に近い角度は、ほぼ５度であり得る。入力光４１２が＋５度の角度で受けられると、マイクロミラー２０２は、オン状態で、ほぼ８０％のピーク反射効率と、ほぼ１１％の吸収と、ほぼ＋１９度（例えば、傾斜角４０４は＋１２度であり得る）の出力（または軸外光出力）角度と、を有し得る。マイクロミラー２０２は、オフ状態で、ほぼ６７％のピーク反射効率と、ほぼ１５％の吸収と、ほぼ−２９度（例えば、傾斜角４０４は−１２度であり得る）の出力（または軸外光出力）角度と、を有し得る。
【００２８】
一実施形態では、ほぼ対称の角度は、ほぼ０〜５度の角度であり得る。例えば、図４の角度４０６は、ほぼ対称な角度の場合、ほぼ０度〜＋５度であり得る。一例では、ほぼ対称な角度は、ほぼ０度であり得る。入力光４１２が０度の角度で受けられると、マイクロミラー２０２は、オン状態で、ほぼ７５％のピーク反射効率と、ほぼ１４％の吸収と、ほぼ＋２４度（例えば、傾斜角４０４は＋１２度であり得る）の出力（または軸外光出力）角度と、を有し得る。マイクロミラー２０２は、オフ状態で、ほぼ７５％のピーク反射効率と、ほぼ１４％の吸収と、ほぼ−２４度（例えば、傾斜角４０４は−１２度であり得る）の出力（または軸外光出力）角度と、を有し得る。
【００２９】
上述のように、一実施形態では、光源１０４は、可動プラットフォーム１１２に結合され得る。可動プラットフォーム１１２は、機械的または電気機械的機構を使用して回転、旋回、または移動し得る。コントローラ１１４は、オン状態にあるときに入力光４１２が所望の角度４０６でマイクロミラー２０２により受けられるように、可動プラットフォーム１１２を動作させるか、または可動プラットフォーム１１２を正しい位置に移動させ得る。例えば、可動プラットフォーム１１２は、ほぼ対称な角度間または対称に近い角度間の角度（例えば、角度４０６は、ほぼ０〜１０度で調整され得る）に光入力４１２を放射するように、光源１０４を移動し得る。
【００３０】
別の実施形態では、光源１０４は、固定された位置にあり得る。したがって、光源１０４は、ほぼ対称な角度またはほぼ対称に近い角度で光入力４１２を放射するように固定され得る。
【００３１】
一実施形態では、光源１０４は、マイクロミラー１０２のアレイの真上に位置決めされ得る。例えば、光源１０４は、線４１０に沿ってまたはほぼ線４１０に沿って入力光４１２を放射し得る。対照的に、現在のＤＭＤは、光源をマイクロミラーのアレイの側面に位置付けるか、または線４１０に対して傾けさせ得る。さらに、光学調整器１０６およびレンズ１１０は、現在のＤＭＤ設計とは異なり、マイクロミラー１０２のアレイの中心から外れて（例えば側面に）位置付けられ得る。
【００３２】
上の例で述べたように、光入力４１２がほぼ０〜１０度の間の角度で受けられると、軸外光出力４１４は、０より大きい角度で反射され得る。例えば、光入力４１２が＋５度であるとき、軸外光出力４１４は、オン状態でほぼ＋１９度であり得る。同様に、光入力４１２が０度であるとき、軸外光出力４１４は、オン状態でほぼ＋２４度であり得る。
【００３３】
軸外光出力のために、装置１００は、光学調整器１０６を含み得る。光学調整器１０６は、レンズ１１０を通して軸外光出力４１４を放射する前に、軸外光出力４１４を構成し得る。一実施形態では、光学調整器１０６は、軸外光出力４１４を調整するために視野を調整し（例えば視野を拡大する）得る。一実施形態では、光学調整器１０６は、自由形状光学系であり得る。自由形状光学系は、様々な異なる幾何学形状であり得、軸外部分、非標準形状などを有し得る光学系であり得る。一例では、自由形状光学系は、軸外光出力４１４の異なる角度４０８に基づいて異なる光学調整のために単一の光学部品内に異なる幾何学形状を有し得る。一例では、可動プラットフォーム１１２が使用されるとき、光学調整器１０６は、受けられ得る入力光４１２の異なる角度４０６に基づいて放射され得る軸外光出力４１４の異なる角度４０８に関連付けられている複数の異なる自由形状光学系を含み得る。
【００３４】
図１では、光学調整器１０６およびレンズ１１０が別々の構成要素として示されているが、光学調整器１０６およびレンズ１１０は単一レンズ系として配置され得ることに留意されたい。レンズ系は、異なる形状および軸外曲率を有する曲線を有し得る異なる部分を有する、様々な異なるレンズ（例えば、反射型、屈折型、および回折型など）を含み得る。単一レンズ系は、単一レンズ系の異なる部分で軸外光出力４１４の異なる角度４０８を補償することができる。
【００３５】
一実施形態では、ビームダンプ１０８は、マイクロミラー１０２のアレイがオフ状態にあるときに、光の捕捉を提供し得る。例えば、ビームダンプ１０８は、マイクロミラー１０２のアレイがオフ状態にあるときに、軸外光出力４１４を捕捉するように位置決めされ得る。ビームダンプ１０８は、暗くて冷却された構成要素であり得る。ビームダンプ１０８は、ビームダンプ１０８を通って流れる冷却剤、または他の冷却手段を介して冷却され得る。
【００３６】
したがって、本開示の装置１００は、光学調整器１０６を追加することについてのトレードオフを伴い、マイクロミラー１０２のアレイがオフ状態にあるとき、改善されたエネルギー吸収を提供する。しかしながら、光学調整器１０６の追加の構成要素のコストは、オフ状態のマイクロミラー１０２のアレイのエネルギー吸収の改善、または熱負荷の低減により、より大きくなる可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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