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特開2024-26064フーリエフィルタを用いてコントラストを増加させたデジタルレーザ投影のためのシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024026064
(43)【公開日】2024-02-28
(54)【発明の名称】フーリエフィルタを用いてコントラストを増加させたデジタルレーザ投影のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20240220BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240220BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20240220BHJP
G02B 27/18 20060101ALI20240220BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 D
G03B21/00 D
H04N5/74 B
H04N5/74 A
G02B27/18
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023187888
(22)【出願日】2023-11-01
(62)【分割の表示】P 2020543801の分割
【原出願日】2019-04-01
(31)【優先権主張番号】62/651,657
(32)【優先日】2018-04-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18180390.9
(32)【優先日】2018-06-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】507236292
【氏名又は名称】ドルビー ラボラトリーズ ライセンシング コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100188813
【弁理士】
【氏名又は名称】川喜田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(72)【発明者】
【氏名】ペルティエラ，フアン ピー．
(72)【発明者】
【氏名】リチャーズ，マーティン ジェイ．
(57)【要約】 （修正有）
【課題】プロジェクタのコントラストを改善する。
【解決手段】空間光変調器１０２を用いて生成された画像のコントラストを増加させる光学フィルタ１１０は、空間光変調器からの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズと、レンズのフーリエ面に位置し、変調光をフィルタリングする光学フィルタマスクとを含む。変調光は、複数の回折次数を有し、光学フィルタマスクは、変調光の回折次数のうちの少なくとも１つを透過させ、変調光の残りの部分をブロックする。空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを向上させる方法は、空間光変調器からの変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するステップと、変調光の少なくとも１つの回折次数をフーリエ面において透過させ、変調光の残りの部分をフーリエ面においてブロックすることによって変調光をフィルタリングするステップとを含む。
【選択図】図１
【解決手段】空間光変調器１０２を用いて生成された画像のコントラストを増加させる光学フィルタ１１０は、空間光変調器からの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズと、レンズのフーリエ面に位置し、変調光をフィルタリングする光学フィルタマスクとを含む。変調光は、複数の回折次数を有し、光学フィルタマスクは、変調光の回折次数のうちの少なくとも１つを透過させ、変調光の残りの部分をブロックする。空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを向上させる方法は、空間光変調器からの変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するステップと、変調光の少なくとも１つの回折次数をフーリエ面において透過させ、変調光の残りの部分をフーリエ面においてブロックすることによって変調光をフィルタリングするステップとを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の画像フレームから形成される映像を投影する投影システムであって、
それぞれが異なる原色の光を生成する複数の光源と、
複数のデジタルマイクロミラーデバイスであって、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、前記光源のうちの異なる１つからの光を受光して変調するように構成され、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、法線を有する平面に配置されたマイクロミラーの２次元矩形アレイを含み、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、対応する光源からの光を、前記平面の法線に対してゼロでない角度で受光するように構成され、各マイクロミラーは、ＯＮ角度およびＯＦＦ角度に傾けられるように構成され、各マイクロミラーは、画像フレームごとに複数回、前記ＯＮ角度と前記ＯＦＦ角度との間で傾けられるように構成されている、複数のデジタルマイクロミラーデバイスと、
前記複数のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を結合するように構成されたビームコンバイナと、
投影光学系と、
を備え、
前記投影光学系は、
前記ビームコンバイナからの前記変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエレンズと、
前記フーリエレンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクであって、前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記光学フィルタマスクは前記フーリエ面上に位置する円形透過領域を含み、前記円形透過領域の中心は前記フーリエレンズの中心光軸からオフセットされている、光学フィルタマスクと、
複数の視聴者が前記映像を見ることができるように、前記光学フィルタマスクによってフィルタリングされた前記ビームコンバイナからの前記変調光をスクリーンに投影するように構成された投影レンズと、
を備える、投影システム。
それぞれが異なる原色の光を生成する複数の光源と、
複数のデジタルマイクロミラーデバイスであって、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、前記光源のうちの異なる１つからの光を受光して変調するように構成され、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、法線を有する平面に配置されたマイクロミラーの２次元矩形アレイを含み、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、対応する光源からの光を、前記平面の法線に対してゼロでない角度で受光するように構成され、各マイクロミラーは、ＯＮ角度およびＯＦＦ角度に傾けられるように構成され、各マイクロミラーは、画像フレームごとに複数回、前記ＯＮ角度と前記ＯＦＦ角度との間で傾けられるように構成されている、複数のデジタルマイクロミラーデバイスと、
前記複数のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を結合するように構成されたビームコンバイナと、
投影光学系と、
を備え、
前記投影光学系は、
前記ビームコンバイナからの前記変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエレンズと、
前記フーリエレンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクであって、前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記光学フィルタマスクは前記フーリエ面上に位置する円形透過領域を含み、前記円形透過領域の中心は前記フーリエレンズの中心光軸からオフセットされている、光学フィルタマスクと、
複数の視聴者が前記映像を見ることができるように、前記光学フィルタマスクによってフィルタリングされた前記ビームコンバイナからの前記変調光をスクリーンに投影するように構成された投影レンズと、
を備える、投影システム。
【請求項2】
前記投影システムは、少なくとも３００００対１のコントラスト比を実現し、前記光学フィルタマスクは、前記光学フィルタマスクが除去された場合に前記フーリエ面を通過する変調光の光パワーの少なくとも３０％を透過させる、請求項１に記載の投影システム。
【請求項3】
前記投影システムは、少なくとも６００００対１のコントラスト比を実現し、前記光学フィルタマスクは、前記光学フィルタマスクが除去された場合に前記フーリエ面を通過する変調光の光パワーの少なくとも３０％を透過させる、請求項１に記載の投影システム。
【請求項4】
前記マイクロミラーの２次元矩形アレイの各々は、前記画像フレームの水平方向の次元に対応するｘ軸と、前記画像フレームの垂直方向の次元に対応するｙ軸とを有するそれぞれのｘ－ｙ平面内にあり、前記マイクロミラーの各々は、対応するマイクロミラーの２次元矩形アレイのｘ－ｙ平面のｘ軸に対して－４５°の向きをなす回転軸を中心に傾けられるように構成されている、請求項１に記載の投影システム。
【請求項5】
前記フーリエ面は、前記画像フレームの水平方向の次元に対応するｘ軸と、前記画像フレームの垂直方向の次元に対応するｙ軸とを有し、前記円形透過領域の中心は、前記フーリエ面のｘ軸に対して－４５度の向きをなす線に沿って、前記フーリエレンズの中心光軸からオフセットされている、請求項４に記載の投影システム。
【請求項6】
前記デジタルマイクロミラーデバイスのそれぞれにおけるマイクロミラーがＯＮ角度で傾けられると、対応する光源から受けた光が、それぞれのデジタルマイクロミラーデバイスの法線に平行な方向に沿って前記マイクロミラーから離れる方向に反射される、請求項１に記載の投影システム。
【請求項7】
各マイクロミラーは、ＯＮ角度に傾けられたときにＯＮ光を生成し、ＯＦＦ角度に傾けられたときにＯＦＦ光を生成し、
前記ＯＮ光は、ＯＮ位置に傾けられた各マイクロミラーで鏡面反射された鏡面ＯＮ光と、ＯＮ位置に傾けられた各マイクロミラーで回折された回折ＯＮ光とを含み、
前記ＯＦＦ光は、ＯＦＦ位置に傾けられた各マイクロミラーで鏡面反射された鏡面ＯＦＦ光と、ＯＦＦ位置に傾けられた各マイクロミラーで回折された回折ＯＦＦ光とを含み、
前記円形透過領域は、前記デジタルマイクロミラーデバイスの前記マイクロミラーからの鏡面ＯＮ光を透過させ、前記回折ＯＦＦ光のゼロでない第１の割合を透過させ、前記回折ＯＦＦ光のゼロでない第２の割合をブロックし、前記回折ＯＮ光のゼロでない割合をブロックすることによって、前記変調光のコントラストを増加させる、
請求項１に記載の投影システム。
前記ＯＮ光は、ＯＮ位置に傾けられた各マイクロミラーで鏡面反射された鏡面ＯＮ光と、ＯＮ位置に傾けられた各マイクロミラーで回折された回折ＯＮ光とを含み、
前記ＯＦＦ光は、ＯＦＦ位置に傾けられた各マイクロミラーで鏡面反射された鏡面ＯＦＦ光と、ＯＦＦ位置に傾けられた各マイクロミラーで回折された回折ＯＦＦ光とを含み、
前記円形透過領域は、前記デジタルマイクロミラーデバイスの前記マイクロミラーからの鏡面ＯＮ光を透過させ、前記回折ＯＦＦ光のゼロでない第１の割合を透過させ、前記回折ＯＦＦ光のゼロでない第２の割合をブロックし、前記回折ＯＮ光のゼロでない割合をブロックすることによって、前記変調光のコントラストを増加させる、
請求項１に記載の投影システム。
【請求項8】
前記円形透過領域は、前記回折ＯＮ光の１つの回折次数の少なくとも一部をさらに透過させる、請求項７に記載の投影システム。
【請求項9】
前記透過領域は、前記デジタルマイクロミラーデバイスの前記マイクロミラーからの前記鏡面ＯＮ光を透過させ、前記回折ＯＮ光の１つの回折次数の少なくとも一部を透過させ、前記回折ＯＦＦ光の１つの回折次数の少なくとも一部を透過させ、前記回折ＯＮ光の少なくとも部分的に透過した回折次数は、前記回折ＯＦＦ光の少なくとも部分的に透過した回折次数よりも低い回折次数を有する、請求項７に記載の投影システム。
【請求項10】
前記複数の光源における各光源は、少なくとも１つのレーザを含む、請求項１に記載の投影システム。
【請求項11】
前記マイクロミラーの各々は、正方形のマイクロミラーである、請求項１に記載の投影システム。
【請求項12】
前記マイクロミラーの各々は、少なくとも１つの画像ピクセルに対応する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項13】
前記円形透過領域は、光学的に不透明な構造体の開口部を含む、請求項１に記載の投影システム。
【請求項14】
前記円形透過領域は、ダイクロイックフィルタを含む、請求項１に記載の投影システム。
【請求項15】
前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記フーリエレンズの中心光軸は空間光変調器の中心から光学的にオフセットされている、請求項１に記載の投影システム。
【請求項16】
前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記フーリエレンズの中心光軸は前記デジタルマイクロミラーデバイスのそれぞれの中心と光学的に整列している、請求項１に記載の投影システム。
【請求項17】
複数の画像フレームから形成される映像を投影する投影システムであって、
第１、第２、および第３の原色の光をそれぞれ生成する第１、第２、および第３の光源と、
第１、第２、および第３のデジタルマイクロミラーデバイスであって、前記第１、第２、および第３のデジタルマイクロミラーデバイスの各々は、前記第１、第２、および第３の光源のうちの異なる１つからの光を受光して変調するように構成され、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、マイクロミラーの２次元矩形アレイを含み、各マイクロミラーは、ＯＮ角度およびＯＦＦ角度に傾けられるように構成されている、第１、第２、および第３のデジタルマイクロミラーデバイスと、
前記第１のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエ光学系であって、前記第１のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエレンズと、前記フーリエレンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクとを含み、前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記光学フィルタマスクは前記フーリエ面上に位置する円形透過領域を含み、前記円形透過領域の中心は前記フーリエレンズの中心光軸からオフセットされている、フーリエ光学系と、
前記フーリエ光学系からの光、前記第２のデジタルマイクロミラーデバイスからの光、および前記第３のデジタルマイクロミラーデバイスからの光を結合するように構成されたビームコンバイナと、
前記ビームコンバイナからの光をスクリーンに投影するように構成された投影レンズと、
を備える投影システム。
第１、第２、および第３の原色の光をそれぞれ生成する第１、第２、および第３の光源と、
第１、第２、および第３のデジタルマイクロミラーデバイスであって、前記第１、第２、および第３のデジタルマイクロミラーデバイスの各々は、前記第１、第２、および第３の光源のうちの異なる１つからの光を受光して変調するように構成され、前記デジタルマイクロミラーデバイスの各々は、マイクロミラーの２次元矩形アレイを含み、各マイクロミラーは、ＯＮ角度およびＯＦＦ角度に傾けられるように構成されている、第１、第２、および第３のデジタルマイクロミラーデバイスと、
前記第１のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエ光学系であって、前記第１のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエレンズと、前記フーリエレンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクとを含み、前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記光学フィルタマスクは前記フーリエ面上に位置する円形透過領域を含み、前記円形透過領域の中心は前記フーリエレンズの中心光軸からオフセットされている、フーリエ光学系と、
前記フーリエ光学系からの光、前記第２のデジタルマイクロミラーデバイスからの光、および前記第３のデジタルマイクロミラーデバイスからの光を結合するように構成されたビームコンバイナと、
前記ビームコンバイナからの光をスクリーンに投影するように構成された投影レンズと、
を備える投影システム。
【請求項18】
前記フーリエ光学系は第１のフーリエ光学系であり、前記フーリエレンズは第１のフーリエレンズであり、前記光学フィルタマスクは第１の光学フィルタマスクであり、
前記投影システムは、さらに、前記第２のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成された第２のフーリエ光学系を含み、
前記第２のフーリエ光学系は、前記第２のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成された第２のフーリエレンズと、前記第２のフーリエレンズのフーリエ面に位置する第２の光学フィルタマスクと、を含み、
前記ビームコンバイナは、前記第１のフーリエ光学系からの光、前記第２のフーリエ光学系からの光、および前記第３のデジタルマイクロミラーデバイスからの光を結合するように構成されている、
請求項１７に記載の投影システム。
前記投影システムは、さらに、前記第２のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成された第２のフーリエ光学系を含み、
前記第２のフーリエ光学系は、前記第２のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成された第２のフーリエレンズと、前記第２のフーリエレンズのフーリエ面に位置する第２の光学フィルタマスクと、を含み、
前記ビームコンバイナは、前記第１のフーリエ光学系からの光、前記第２のフーリエ光学系からの光、および前記第３のデジタルマイクロミラーデバイスからの光を結合するように構成されている、
請求項１７に記載の投影システム。
【請求項19】
前記第３のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成された第３のフーリエ光学系をさらに備え、
前記第３のフーリエ光学系は、前記第３のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成された第３のフーリエレンズと、前記第３のフーリエレンズのフーリエ面に位置する第３の光学フィルタマスクと、を含み、
前記ビームコンバイナは、前記第１のフーリエ光学系からの光、前記第２のフーリエ光学系からの光、および前記第３のフーリエ光学系からの光を結合するように構成されている、
請求項１８に記載の投影システム。
前記第３のフーリエ光学系は、前記第３のデジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成された第３のフーリエレンズと、前記第３のフーリエレンズのフーリエ面に位置する第３の光学フィルタマスクと、を含み、
前記ビームコンバイナは、前記第１のフーリエ光学系からの光、前記第２のフーリエ光学系からの光、および前記第３のフーリエ光学系からの光を結合するように構成されている、
請求項１８に記載の投影システム。
【請求項20】
映像の画像フレームを投影する投影システムであって、
少なくとも１つの光源と、
デジタルマイクロミラーデバイスであって、前記画像フレームの各々における３つの異なる原色成分を順次変調するように構成され、マイクロミラーの２次元矩形アレイを含み、各マイクロミラーは、ＯＮ角度およびＯＦＦ角度に傾けられるように構成されている、デジタルマイクロミラーデバイスと、
投影光学系と、
を備え、
前記投影光学系は、
前記デジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエレンズと、
前記フーリエレンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクであって、前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記光学フィルタマスクは前記フーリエ面上に位置する円形透過領域を含み、前記円形透過領域の中心は前記フーリエレンズの中心光軸からオフセットされている、光学フィルタマスクと、
複数の視聴者が画像を見ることができるように、前記光学フィルタマスクによってフィルタリングされた前記デジタルマイクロミラーデバイスからの変調光をスクリーンに投影するように構成された投影レンズと、
を備える投影システム。
少なくとも１つの光源と、
デジタルマイクロミラーデバイスであって、前記画像フレームの各々における３つの異なる原色成分を順次変調するように構成され、マイクロミラーの２次元矩形アレイを含み、各マイクロミラーは、ＯＮ角度およびＯＦＦ角度に傾けられるように構成されている、デジタルマイクロミラーデバイスと、
投影光学系と、
を備え、
前記投影光学系は、
前記デジタルマイクロミラーデバイスからの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたフーリエレンズと、
前記フーリエレンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクであって、前記フーリエレンズは中心光軸を有し、前記光学フィルタマスクは前記フーリエ面上に位置する円形透過領域を含み、前記円形透過領域の中心は前記フーリエレンズの中心光軸からオフセットされている、光学フィルタマスクと、
複数の視聴者が画像を見ることができるように、前記光学フィルタマスクによってフィルタリングされた前記デジタルマイクロミラーデバイスからの変調光をスクリーンに投影するように構成された投影レンズと、
を備える投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願への相互参照］
本願は、２０１８年４月２日に出願された米国仮出願第６２／６５１，６５７号および２０１８年６月２８日に出願された欧州特許出願第ＥＰ１８１８０３９０．９号に基づく優先権を主張するものであり、両出願の開示内容をすべて本願に援用する。
本願は、２０１８年４月２日に出願された米国仮出願第６２／６５１，６５７号および２０１８年６月２８日に出願された欧州特許出願第ＥＰ１８１８０３９０．９号に基づく優先権を主張するものであり、両出願の開示内容をすべて本願に援用する。
【背景技術】
【0002】
プロジェクタのコントラストは、プロジェクタの最も暗い出力に対するプロジェクタの最も明るい出力を表す。コントラスト比は、コントラストの定量化可能な尺度であり、プロジェクタの最も暗い出力の輝度に対するプロジェクタの最も明るい出力の輝度の比として定義される。この定義によるコントラスト比は、「スタティック」または「ネイティブ」なコントラスト比とも称される。
【0003】
人間の視覚系の視覚的な順応により、視聴者によって検出可能な輝度の範囲は、約１，０００，０００，０００：１のコントラスト比に相当する。とは言え、どの瞬間においても、輝度の検出可能範囲は、この値よりも低いコントラスト比に相当する。例えば、人間の目の中にある桿体細胞のみを介する暗所視において、任意の瞬間における検出可能なコントラスト比は、見ているシーン、ユーザの順応状態、および生物学的要因にもよるが、視聴者によっては、１，０００，０００：１という高いコントラスト比であり得る。
【0004】
シネマ環境における視聴者は、任意の時点において異なる順応状態にあり得るので、同じシーンを異なるコントラスト比で視聴し得る。視聴者間の順応状態の違いは、スクリーンに対する着席位置が異なること、各視聴者がスクリーンのどこを注視しているか、および各視聴者がいつ、どの程度の頻度で目を閉じるかに起因し得る。シネマは、複数人の視聴者によって使用されるので、理想的なプロジェクタは、すべての視聴者に対して正確に画像を再生するのに十分に高いコントラスト比を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
デジタルシネマイニシアティブ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｉｎｅｍａ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ）（ＤＣＩ）仕様に準拠するプロジェクタの中には、２，０００：１以下のコントラスト比を有するものがある。これらのデジタルプロジェクタについては、画像の暗い領域および／または黒い領域が、意図された明るさよりも明るく見えるほど高い輝度で投影されることがある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第１の態様において、空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを増加させる光学フィルタは、前記空間光変調器からの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズを含み、前記変調光は、複数の回折次数を有する。前記光学フィルタはまた、前記レンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクを含む。前記光学フィルタマスクは、前記レンズによって空間フーリエ変換された前記変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させ、前記変調光の残りの部分をブロックすることによって、変調光をフィルタリングするように構成されている。
【0007】
第１の態様のある実施形態において、前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数である。
【0008】
第１の態様のある実施形態において、前記光学フィルタマスクは、前記変調光のゼロ次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有する。
【0009】
第１の態様のある実施形態において、前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を含む。
【0010】
第１の態様のある実施形態において、光学フィルタマスクは、ゼロ次回折次数および１次回折次数のうちの２つを透過させるように構成された透過領域を有する。
【0011】
第１の態様のある実施形態において、変調光は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである。
【0012】
第２の態様において、コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムは、第１の態様の光学フィルタと、空間光変調器を実装するデジタルマイクロミラーデバイスとを含む。
【0013】
第３の態様において、コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムは、第１の態様の光学フィルタと、光学フィルタマスクを透過した変調光の少なくとも１つの回折次数をコリメートする位置にあるコリメーティングレンズとを含む。
【0014】
第４の態様において、コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムは、第１、第２、および第３の空間光変調器を含み、前記第１、第２、および第３の空間光変調器は、画像に応じて、第１、第２、および第３の光をそれぞれ変調して、第１、第２、および第３の変調光をそれぞれ生成するように構成されている。変調器システムはまた、第１の態様の光学フィルタを３つ含み、３つの第１の態様の光学フィルタは、第１、第２、および第３の光学フィルタをそれぞれ形成する。前記第１、第２、および第３の光学フィルタは、それぞれ、前記第１、第２、および第３の変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させて、第１、第２、および第３のフィルタ光（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｌｉｇｈｔ）をそれぞれ生成し、前記第１、第２、および第３の変調光の残りの部分をそれぞれブロックするように構成されている。変調器システムはまた、前記第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光にするように構成されたビームコンバイナを含む。
【0015】
第４の態様のある実施形態において、前記第１、第２、および第３の光学フィルタにそれぞれ対応する前記第１、第２、および第３の光学フィルタマスクのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する変調光のゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を透過させるように構成された、少なくとも１つの透過領域を有する。
【0016】
第４の態様のある実施形態において、前記第１、第２、および第３の空間光変調器のそれぞれは、デジタルマイクロミラーデバイスである。
【0017】
第４の態様のある実施形態において、前記第１、第２、および第３の光は、それぞれ赤色、緑色、および青色である。
【0018】
第４の態様のある実施形態において、前記変調器システムは、前記ビームコンバイナによって結合される前に、前記第１、第２、および第３のフィルタ光をそれぞれコリメートする位置にある第１、第２、および第３の出力レンズをさらに含む。
【0019】
第４の態様のある実施形態において、前記変調器システムは、出力光をスクリーンに投影するように構成されたプロジェクタレンズをさらに含む。
【0020】
第５の態様において、コントラストが増加した画像を生成するための時間多重変調器システムは、画像に応じて、時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを形成する時間多重変調光にするように構成された空間光変調器を含む。時間多重変調器システムはまた、前記時間多重変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズと、フーリエ面に位置し、複数の光学フィルタマスクを含むフィルタホイールとを含み、前記光学フィルタマスクのそれぞれは、前記レンズによって空間的にフーリエ変換された前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つの変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させ、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つの変調光の残りの部分をブロックすることにより、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つの変調光をフィルタリングするように構成されている。前記フィルタホイールは、前記時間多重変調光が前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つの変調光である場合に、前記光学フィルタマスクのそれぞれがフーリエ面における前記時間多重変調光の中に位置するように、時間多重変調光に同期して回転するように構成されている。
【0021】
第５の態様のある実施形態において、前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである。
【0022】
第５の態様のある実施形態において、前記複数の光学フィルタマスクは、１セットあたりｎ個の光学フィルタマスクを含む３セットの光学フィルタマスクであり、ｎは、正の整数であり、前記３セットのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つの変調光をフィルタリングするように構成されている。
【0023】
第５の態様のある実施形態において、前記複数の光学フィルタマスクは、前記第１、第２、および第３の変調光をそれぞれフィルタリングするように構成された第１、第２、および第３の光学フィルタマスクを含む。
【0024】
第５の態様のある実施形態において、前記第１の光学フィルタマスクは、前記第１の変調光のゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有し、前記第２の光学フィルタマスクは、前記第２の変調光のゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有し、前記第３の光学フィルタマスクは、前記第３の変調光のゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有する。
【0025】
第５の態様のある実施形態において、前記第１、第２、および第３の変調光は、それぞれ赤色、緑色、および青色である。
【0026】
第５の態様のある実施形態において、前記フィルタホイールは、不均一に回転し、前記第１、第２、および第３の光学フィルタマスクのそれぞれが前記時間多重変調光の中に位置するときに停止するようにさらに構成されている。
【0027】
第５の態様のある実施形態において、前記時間多重変調器システムは、前記フィルタホイールを透過した前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する変調光の前記少なくとも１つの回折次数をスクリーンに投影するように構成されたプロジェクタレンズを含む。
【0028】
第６の態様において、空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを向上させる方法は、前記空間光変調器からの変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するステップを含む。前記変調光は、複数の回折次数を有する。前記方法はまた、前記変調光の
少なくとも１つの回折次数をフーリエ面において透過させ、前記変調光の残りの部分をフーリエ面においてブロックすることによって、前記変調光をフィルタリングするステップを含む。
少なくとも１つの回折次数をフーリエ面において透過させ、前記変調光の残りの部分をフーリエ面においてブロックすることによって、前記変調光をフィルタリングするステップを含む。
【0029】
第６の態様のある実施形態において、前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数である。
【0030】
第６の態様のある実施形態において、透過させるステップは、前記ゼロ次回折次数を光学フィルタマスクの透過領域を通って透過させるステップを含む。
【0031】
第６の態様のある実施形態において、少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を含む。
【0032】
第６の態様のある実施形態において、透過させるステップは、ゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を光学フィルタマスクの透過性領域を通って透過させるステップを含む。
【0033】
第６の態様のある実施形態において、前記変調光は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである。
【0034】
第６の態様のある実施形態において、前記方法は、前記空間光変調器の複数のマイクロミラーを操作して変調光を生成するステップをさらに含む。
【0035】
第６の態様のある実施形態において、前記方法は、前記透過させるステップの後で、少なくとも１つの回折次数をコリメートするステップを含む。
【0036】
第７の態様において、コントラストが増加したカラー画像を投影するための方法は、カラー画像に応じて、第１、第２、および第３の入力光を空間的に変調して、第１、第２、および第３の変調光をそれぞれ生成するステップを含む。前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれは、複数の回折次数を有する。前記方法はまた、（ｉ）前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれの回折次数のうちの少なくとも１つを透過させ、（ｉｉ）前記第１、第２、および第３の変調光の残りの部分をブロックし、（ｉｉｉ）前記第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して出力光にすることによって、前記第１、第２、および第３の変調光をフィルタリングして、第１、第２、および第３のフィルタ光をそれぞれ生成するステップを含む。
【0037】
第７の態様のある実施形態において、前記第１、第２、および第３の入力光は、それぞれ赤色、緑色、および青色である。
【0038】
第７の態様のある実施形態において、前記方法は、出力光をスクリーンに投影するステップをさらに含む。
【0039】
第８の態様において、コントラストが増加した画像を生成し、投影するための時間多重方法は、画像に応じて、空間光変調器を用いて時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを形成する時間多重変調光を生成するステップを含む。方法はまた、レンズを用いて時間多重変調光を空間的にフーリエ変換するステップと、フィルタホイールを時間多重変調光に同期して回転させることによって時間多重変調光をフィルタリングするステップとを含む。フィルタホイールは、複数の光学フィルタマスクを含む。光学フィルタマスクのそれぞれは、レンズによって空間的にフーリエ変換された第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つをフィルタリングするように構
成されている。回転させるステップは、時間多重変調光が第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つであるときに、光学フィルタマスクのそれぞれをレンズのフーリエ面における時間多重変調光の中に位置させるステップを含む。
成されている。回転させるステップは、時間多重変調光が第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つであるときに、光学フィルタマスクのそれぞれをレンズのフーリエ面における時間多重変調光の中に位置させるステップを含む。
【0040】
第８の態様のある実施形態において、前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである。
【0041】
第８の態様のある実施形態において、前記複数の光学フィルタマスクは、１セットあたりｎ個の光学フィルタマスクを含む３セットの光学フィルタマスクであり、ｎは、正の整数であり、前記３セットのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つをフィルタリングするように構成されている。
【0042】
第８の態様のある実施形態において、前記複数の光学フィルタマスクは、前記第１、第２、および第３の変調光をそれぞれフィルタリングするように構成された第１、第２、および第３の光学フィルタマスクである。
【0043】
第８の態様のある実施形態において、前記フィルタリングは、前記第１の変調光のゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を前記第１の光学フィルタマスクの透過性領域を通って透過させるステップと、前記第２の変調光のゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を前記第２の光学フィルタマスクの透過性領域を通って透過させるステップと、前記第３の変調光のゼロ次回折次数および１つ以上の１次回折次数を前記第３の光学フィルタマスクの透過性領域を通って透過させるステップとを含む。
【0044】
第８の態様のある実施形態において、前記第１、第２、および第３の変調光は、それぞれ赤色、緑色、および青色である。
【0045】
第８の態様のある実施形態において、前記回転させるステップは、不均一に回転させ、前記第１、第２、および第３の光学フィルタマスクのそれぞれが前記時間多重変調光の中に位置するときに停止させるステップをさらに含む。
【0046】
第８の態様のある実施形態において、前記方法は、前記フィルタリングの後で、フィルタリングされた前記時間多重変調光をスクリーンに投影するステップをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図15】図１５は、実施形態における、空間多重方式による各カラーチャネルの光学フィルタリングを介して増加したプロジェクタコントラスト比を達成する、例示のマルチカラーデジタルプロジェクタの機能図である。
【図29】図２９は、マイクロミラーのオンおよびオフ傾斜角度がそれぞれ＋１２．１°および－１２．１°であるときの、６１７ｎｍの波長において操作された図２３のシミュレーション実験について数値的に得られたコントラスト比および光学効率のプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【0048】
図１は、空間光変調器（ＳＬＭ）を用いて生成された画像のコントラストを向上させる光学フィルタ１１０の機能図である。図１は、１つの使用例における光学フィルタ１１０を示す。ここで、光学フィルタ１１０は、デジタルプロジェクタ１００において実装され、デジタルプロジェクタ１００によってスクリーン１１６に投影される画像のコントラストを増加させる。デジタルプロジェクタ１００は、デジタルプロジェクタ１００によって投影されるべき画像を表す入力データにしたがって入力光１０６を変調して、変調光１０４にするＳＬＭ１０２を含む。
【0049】
光学フィルタ１１０は、変調光１０４の一部１１４をブロックすることによって変調光１０４をフィルタリングする。変調光１０４の一部１１４は、光学フィルタ１１０が存在しなければＳＬＭ１０２がスクリーン１１６に光を出力しないように制御される場合でさえ、デジタルプロジェクタ１００によってスクリーン１１６に投影される。光学フィルタ１１０は、変調光１０４の透過する部分をフィルタ光１０８として出力する。デジタルプロジェクタ１００は、フィルタ光１０８をスクリーン１１６に投影する投影レンズ１１２を含む。光学フィルタ１１０がない場合、変調光１０４のブロックされる部分１１４は、デジタルプロジェクタ１００の光度の下限に対応し、したがって、投影される画像がどの程度暗いかを決める。変調光１０４のブロックされる部分１１４をブロックすることにより、光学フィルタ１１０は、下限を低下させ、それによってデジタルプロジェクタ１００のコントラストを増加させる。
【0050】
後に詳しく説明するように、変調光１０４のブロックされる部分１１４は、入力光１０６がＳＬＭ１０２で回折されるときに生成される変調光１０４の１つ以上の回折次数に対応する。ＳＬＭ１０２は、（１）回折格子として機能する周期構造を有し、（２）入力光１０６の光学的な位相を変調して、光を２つの状態（例えば、オン状態およびオフ状態）間で制御する、任意のタイプの空間光変調器であり得る。ある例において、ＳＬＭ１０２
は、複数のマイクロミラーを傾けることによって光を方向転換し、入力光１０６の光学的な位相を変調するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。他の例において、ＳＬＭ１０２は、反射型のシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）位相変調器、または透過型の液晶（ＬＣ）位相変調器であり、これらはそれぞれ、液晶の屈折率を変調することによって光を制御する。
は、複数のマイクロミラーを傾けることによって光を方向転換し、入力光１０６の光学的な位相を変調するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。他の例において、ＳＬＭ１０２は、反射型のシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）位相変調器、または透過型の液晶（ＬＣ）位相変調器であり、これらはそれぞれ、液晶の屈折率を変調することによって光を制御する。
【0051】
図２および３は、それぞれ、デジタルプロジェクタ（例えば、デジタルプロジェクタ１００）の一部である、画像を生成するために使用されるＤＭＤ２００の正面図および側面図である。ＤＭＤ２００は、ＳＬＭ１０２の一例である。以下の説明において、図２および３をともに参照する。
【0052】
ＤＭＤ２００は、ｘ－ｙ平面（右手座標系２２０参照）にある基板２０４上に２次元矩形配列状に配置された複数の正方形状のマイクロミラー２０２を有するマイクロオプトエレクトロメカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）ＳＬＭである。ある実施形態において、ＤＭＤ２００は、テキサスインスツルメンツ製のデジタル光プロセッサである。マイクロミラー２０２のそれぞれは、画像の１画素に対応し、静電駆動によって、ｘ軸に対して－４５°の方向を向いた回転軸２０８の周りで傾き、入力光２０６を方向転換する。分かりやすくするために、図２は、ＤＭＤ２００の隅と中央における代表的なマイクロミラー２０２のみを示しており、図３において、すべてのマイクロミラー２０２には符号が付されていない。
【0053】
図３は、入力光２０６を方向転換するために傾けられたマイクロミラー２０２を示す。マイクロミラー２０２（１）は、オン姿勢に駆動されて、入力光２０６を鏡面反射し、ｚ軸（座標系２２０参照）に平行なオン反射光３０６にする。マイクロミラー２０２（２）は、オフ姿勢に駆動されて、入力光２０６を鏡面反射し、オフ反射光３２０を吸収するビームダンプ（不図示）に向かう方向に進むオフ反射光３２０にする。マイクロミラー２０２（３）は、平坦な状態の基板２０４（例えば、ｘ－ｙ平面）に平行な状態にあり、駆動されていない。各マイクロミラー２０２の前面３０４は、入力光２０６を反射するための反射性表面として機能する一層の堆積金属（例えば、アルミニウム）によってコーティングされ得る。隣り合うマイクロミラー２０２間の間隙３１０は、吸収性を有し得る。すなわち、間隙３１０に入射する入力光２０６は、基板２０４によって吸収される。分かりやすくするため、マイクロミラー２０２を基板２０４に物理的に結合する機械的構造は、図示されていない。本発明の範囲を逸脱しない限り、ＤＭＤ２００は、オン反射光３０６およびオフ反射光３２０を、図３に示す方向とは異なるそれぞれの方向に向けるように実装されていてもよい。また、ＤＭＤ２００は、駆動されないときに、各マイクロミラー２０２が基板２０４に対して任意の角度にあるように構成されてもよい。
【0054】
ＤＭＤ２００を用いるデジタルプロジェクタは、入力光２０６のマイクロミラー２０２からの鏡面反射のみを考慮して設計されてもよい。しかし、マイクロミラー２０２および間隙３１０は、協働して入力光２０６を回折させる２次元格子を構成する。したがって、ＤＭＤ２００から遠ざかるように伝播する変調光は、ＤＭＤ２００の遠方領域あるいはレンズの焦点面において、フラウンホーファー回折パターン（図７および８にそれぞれ示す回折パターン７００および８００を参照）として観察され得る複数の回折次数を形成し得る。各回折次数は、それに対応する一意の方向に、ＤＭＤ２００から離れるように伝播する１つの光ビームに対応する。設計上、ＤＭＤ２００からの変調光の光パワーの大半は、鏡面反射されたオンおよびオフ反射光３０６および３２０に対応するゼロ次回折次数にある。
【0055】
ＤＭＤ２００による入力光２０６の回折は、ＤＭＤ２００を用いるデジタルプロジェクタ（例えば、光学フィルタ１１０を有しない図１のデジタルプロジェクタ１００）のプロ
ジェクタコントラスト比（ＰＣＲ）を低減させ得る。プロジェクタのＰＣＲは、本明細書において、プロジェクタによって照射される投影スクリーン（例えば、図１のスクリーン１１６）において測定されるオン光度およびオフ光度（または、第１および第２の測光輝度に相当）の比として定義される。オン光度およびオフ光度は、それぞれプロジェクタが最も明るい出力（例えば、白色）および最も暗い出力（例えば、黒色）を出力するように制御されるときに生成される。デジタルプロジェクタがＤＭＤ２００を用いる場合、オン光度およびオフ光度は、それぞれ、すべてのマイクロミラー２０２がオン姿勢およびオフ姿勢にある場合に生成される。
ジェクタコントラスト比（ＰＣＲ）を低減させ得る。プロジェクタのＰＣＲは、本明細書において、プロジェクタによって照射される投影スクリーン（例えば、図１のスクリーン１１６）において測定されるオン光度およびオフ光度（または、第１および第２の測光輝度に相当）の比として定義される。オン光度およびオフ光度は、それぞれプロジェクタが最も明るい出力（例えば、白色）および最も暗い出力（例えば、黒色）を出力するように制御されるときに生成される。デジタルプロジェクタがＤＭＤ２００を用いる場合、オン光度およびオフ光度は、それぞれ、すべてのマイクロミラー２０２がオン姿勢およびオフ姿勢にある場合に生成される。
【0056】
ＤＭＤ２００が入力光２０６をどのように回折させるかは、（１）入力光２０６の波長、（２）入力光２０６の方向、（３）ＤＭＤ２００のピッチ２１２、（４）ＤＭＤ２００の間隙３１０の幅２１０、および（５）マイクロミラー２０２のオン傾斜角度およびオフ傾斜角度などの様々なパラメータによって決定され得る。図２に示すように、ＤＭＤ２００のｘ方向およびｙ方向の両方において、ピッチ２１２は、幅２１０とマイクロミラーエッジ長さ２１８との合計に等しい。ピッチ２１２は、５～１５ミクロンであり得る。幅２１０は、１ミクロン未満であり得る。ある例において、ピッチ２１２は７～８ミクロン、幅２１０は０．７～０．９ミクロンである。
【0057】
図４は、ＤＭＤ２００からの変調光４０２を空間的にフィルタリングして、デジタルプロジェクタ１００のＰＣＲを増加させる光学フィルタ４００の側面図である。光学フィルタ４００は、光学フィルタ１１０の一例である。光学フィルタ４００において、ＤＭＤ２００は、本発明の範囲を逸脱しない限り、他のタイプのＳＬＭ１０２（例えば、反射型のＬＣＯＳ変調器または透過型のＬＣ位相変調器）によって置き換えられてもよい。光学フィルタ４００は、変調光４０２をフーリエ面４０８上に集光することによって変調光４０２を空間的にフーリエ変換するレンズ４０４を含む。図４において、変調光４０２は、複数の矢印で表されている。各矢印は、１つの回折次数に対応し、その回折次数が伝播する一意の方向を示している。ある実施形態において、ＤＭＤ２００の中心は、図４に示すように、レンズ４０４によって規定される光軸４２２上に位置する。他の実施形態において、ＤＭＤ２００の中心は、光軸４２２からずれる。レンズ４０４は、焦点距離４１０を有し、フーリエ面４０８は、レンズ４０４の焦点面に位置する。フーリエ面４０８に位置する光学フィルタマスク４１２は、レンズ４０４によってフーリエ変換された変調光４０２を空間的にフィルタリングする。レンズ４０４によって行われる空間フーリエ変換は、各回折次数の変調光４０２の伝搬角をフーリエ面４０８上の対応する空間位置に変換する。これにより、レンズ４０４は、フーリエ面４０８での空間フィルタリングによって、所望の回折次数を選択し、望まない回折次数を選択しないようにすることができる。フーリエ面４０８での変調光４０２の空間フーリエ変換は、変調光４０２のフラウンホーファー回折パターンに相当する。
【0058】
光学フィルタマスク４１２は、変調光４０２の少なくとも１つの回折次数を光学フィルタマスク４１２にフィルタ光４１４として完全にまたは部分的に透過させる少なくとも１つの透過領域４１６を有する。ある実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、変調光４０２の望まない回折次数が入射する位置では不透明である。いくつかの実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、光学フィルタマスク４１２が透過領域４１６を有しない位置において不透明である。他の実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、所望の回折次数を望まない回折次数から空間的に分離するために、所望の回折次数を、透過とは反対に、反射するように構成される。
【0059】
一実施形態において、光学フィルタ４００は、フィルタ光４１４をコリメートして、平行（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）光４２０にするコリメーティングレンズ４１８を含む。コリメーティングレンズ４１８は、光学フィルタ４００と他の光学素子または光学系との統合
を容易にすることができる。例えば、レンズ４１８は、光学フィルタ４００の後段に位置するさらなる光学要素（例えば、プロジェクタレンズ１１２、または図１５を参照して後述するビームコンバイナ１５０４）にフィルタ光４１４を結合させることができる。コリメーティングレンズ４１８は、焦点距離４２４を有し、コリメーティングレンズ４１８の焦点面がフーリエ面４０８と一致するように位置する。図４では焦点距離４１０および４２４が等しいように示されているが、焦点距離４１０および４２４は、本発明の範囲を逸脱せずに、互いに異なり得る。他の実施形態において、光学フィルタ４００は、フィルタ光４１４を光学フィルタ４００の後段に位置するさらなる光学要素（例えば、プロジェクタレンズ１１２）に光学的に結合させる、コリメーティングレンズ４１８と同様のレンズを含む。
を容易にすることができる。例えば、レンズ４１８は、光学フィルタ４００の後段に位置するさらなる光学要素（例えば、プロジェクタレンズ１１２、または図１５を参照して後述するビームコンバイナ１５０４）にフィルタ光４１４を結合させることができる。コリメーティングレンズ４１８は、焦点距離４２４を有し、コリメーティングレンズ４１８の焦点面がフーリエ面４０８と一致するように位置する。図４では焦点距離４１０および４２４が等しいように示されているが、焦点距離４１０および４２４は、本発明の範囲を逸脱せずに、互いに異なり得る。他の実施形態において、光学フィルタ４００は、フィルタ光４１４を光学フィルタ４００の後段に位置するさらなる光学要素（例えば、プロジェクタレンズ１１２）に光学的に結合させる、コリメーティングレンズ４１８と同様のレンズを含む。
【0060】
分かりやすくするために、図４は、一方向（例えば、ｘ方向）に回折する回折ビームのみを示している。しかし、ＤＭＤ２００は、２次元において回折させるので、変調光４０２は、ＤＭＤ２００によって、光軸４２２に垂直な第２の次元（例えば、ｙ方向）に回折された回折ビームも含む。２次元回折パターンにおける各回折ビームは、２つの次元のそれぞれについて、回折ビームの回折次数を特定する１対の整数によって表され得る。本明細書において、「ゼロ次数」は、２つの次元の両方において次数がゼロである１つの回折ビームを指す。また、本発明の範囲を逸脱せずに、図４に変調光４０２の一部として示す各矢印は、ゼロ次回折次数および複数の１次回折次数からなる群などの互いに近傍にある回折次数の群を示し得る。
【0061】
図５および６は、ＤＭＤ２００およびプロジェクタレンズ１１２を含むが、光学フィルタ１１０を含まない、例示のデジタルプロジェクタ５００の側面図である。図５および６は、ＤＭＤ２００からの変調光４０２の回折次数がデジタルプロジェクタ５００のＰＣＲをどのように低減するかを示す。図５において、デジタルプロジェクタ５００は、ＤＭＤ２００のすべてのマイクロミラー２０２をオン姿勢（拡大図５１６におけるマイクロミラー２０２（１）を参照）に駆動することによってオン光度を生成する。図６において、デジタルプロジェクタ５００は、ＤＭＤ２００のすべてのマイクロミラー２０２をオフ姿勢（拡大図６１６におけるマイクロミラー２０２（１）を参照）に駆動することによってオフ光度を生成する。図５および６において、ＤＭＤ２００およびプロジェクタレンズ１１２の中心は、ｘ方向およびｙ方向（座標系２２０を参照）において光軸４２２上に位置する。以下の説明においては、図５および６を参照する。
【0062】
図５において、ＤＭＤ２００は、入力光２０６を回折させて、複数のオン回折ビーム５０４を有するオン変調光５０２にする。図６において、ＤＭＤ２００は、入力光２０６を回折して、複数のオン回折ビーム６０４を有するオフ変調光６０２にする。ＤＭＤ２００の遠方領域において、各オン回折ビーム５０４は、オン変調光５０２によって形成されるフラウンホーファー回折パターンの１つの回折次数またはピークに対応し、各オン回折ビーム６０４は、オフ変調光６０２によって形成されるフラウンホーファー回折パターンの１つの回折次数またはピークに対応する。ＤＭＤ２００の遠方領域において、オンおよびオフ回折ビーム５０４、６０４のそれぞれは、複数の伝播方向５１０のうちの１つを有するｋ－ベクトルに対応する。図５および６の例において、伝播方向５１０は、破線で表されている。オンおよびオフ回折ビーム５０４、６０４のそれぞれは、伝播方向５１０のうちの１つと一直線に並び、そのパワーまたは強度に対応する長さを有する実線矢印によって表されている。
【0063】
本実施形態の一態様は、入力光２０６のある固定された方向について、ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２がオン姿勢とオフ姿勢との間で切り換えられるときに、オンおよびオフ回折ビーム５０４、６０４のパワー／強度が変化する一方で、ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２がオン姿勢とオフ姿勢との間で切り換えられるときに、オンおよびオフ回
折ビーム５０４、６０４の伝播方向５１０が同じままであることを実現する。
折ビーム５０４、６０４の伝播方向５１０が同じままであることを実現する。
【0064】
図５の例において、入力光２０６は、オン回折ビーム５０４（１）が光軸４２２に沿って伝播するように、ＤＭＤ２００を照射し、ＤＭＤ２００に向かって伝播する単色平面波である。オン回折ビーム５０４（１）は、オン変調光５０２のパワーの大半を含む。オン回折ビーム５０４（１）は、オン変調光５０２のゼロ次回折次数、または複数の互いに近傍にある回折次数（例えば、ゼロ次回折次数およびいくつかの１次回折次数）を表し得る。
【0065】
図５は、オン回折ビーム５０４（１）とは異なる方向に沿って伝播するが、プロジェクタレンズ１１２の有効開口５０８を通るオン回折ビーム５０４（２）も示している。オン回折ビーム５０４（２）におけるパワーは、オン回折ビーム５０４（１）におけるパワーよりも小さい。オン回折ビーム５０４（１）および５０４（２）を含む複数のオン回折ビーム５１８は、プロジェクタレンズ１１２の有効開口５０８を通る。プロジェクタレンズ１１２は、オン回折ビーム５１８をオン投影光５１４として投影スクリーンに投影する。
【0066】
図５は、有効開口５０８からそれた方向に沿って伝播するオン回折ビーム５０４（３）も示している。プロジェクタレンズ１１２は、オン回折ビーム５０４（３）を投影スクリーンに投影しない。オン回折ビーム５０４（３）におけるパワーは、オン変調光５０２のパワーのわずかな部分である。したがって、オン回折ビーム５０４（３）をオン投影光５１４から除外しても、デジタルプロジェクタ５００の光パワー効率に対する影響は最小限である。
【0067】
図６は、図５のオン回折ビーム５０４（１）、５０４（２）、５０４（３）にそれぞれ対応するオフ回折ビーム６０４（１）、６０４（２）、６０４（３）を示す。オフ回折ビーム６０４（３）は、光軸４２２から離れる方向に伝播し、有効開口５０８からそれる。オフ変調光６０２のパワーの大半は、オフ回折ビーム６０４（３）にあるので、投影スクリーンには投影されない。
【0068】
図６において、オフ回折ビーム６０４（１）および６０４（２）は、有効開口５０８を通り、オフ投影光６１４の一部として投影される。オフ回折ビーム６０４（１）および６０４（２）におけるパワーは、オフ回折ビーム６０４（３）におけるパワーと比較して小さい。しかし、オフ回折ビーム６０４（１）および６０４（２）におけるパワーは、デジタルプロジェクタ５００のオフ光度を増加させるので、デジタルプロジェクタ５００のＰＣＲを低減する。
【0069】
オン変調光５０２の光パワーの大半がオン回折ビーム５０４（１）にある状態で、有効開口５０８を通ってオン投影光５１４を形成する複数のオン回折ビーム５１８のうちの他のオン回折ビーム５０４は、パワーが比較的小さいので、オン投影光５１４におけるパワーへの寄与は無視できるほど小さい。しかし、これに対応する、有効開口５０８を通るオフ回折ビーム６０４は、オフ投影光６１４におけるパワーを著しく増大させ、デジタルプロジェクタ５００のＰＣＲを低減させ得る。
【0070】
本実施形態の別の態様は、デジタルプロジェクタ５００の光パワー出力および効率の低減を最小限にしながら、上記のオン回折ビーム５０４（２）のような光パワーの低いオン回折ビームに対応する回折次数をフィルタリングして、ＰＣＲを増加させ得ることを実現する。フィルタリングすべき回折次数を特定するために、回折次数コントラスト比（ＤＯＣＲ）が用いられ得る。本明細書において、有効開口５０８を通る各伝播方向５１０について、ＤＯＣＲは、同じ回折次数および同じ伝搬方向の対応する一対のオン回折ビームおよびオフ回折ビームの光パワーの比として定義される。例えば、オンおよびオフ回折ビー
ム５０４（１）および６０４（１）に対応する回折次数は、高いＤＯＣＲを有する。高いＤＯＣＲを有する回折次数は、ＰＣＲを増加させるのに有益であるので、投影スクリーンへの投影のために好適に選択され得る。他方、オンおよびオフ回折ビーム５０４（２）および６０４（２）は、低いＤＯＣＲを有する回折次数に対応する。低いＤＯＣＲを有する回折次数は、ＰＣＲを低減するので、デジタルプロジェクタ５００のＰＣＲを増加するために、フィルタリングによって好適に除去され得る。
ム５０４（１）および６０４（１）に対応する回折次数は、高いＤＯＣＲを有する。高いＤＯＣＲを有する回折次数は、ＰＣＲを増加させるのに有益であるので、投影スクリーンへの投影のために好適に選択され得る。他方、オンおよびオフ回折ビーム５０４（２）および６０４（２）は、低いＤＯＣＲを有する回折次数に対応する。低いＤＯＣＲを有する回折次数は、ＰＣＲを低減するので、デジタルプロジェクタ５００のＰＣＲを増加するために、フィルタリングによって好適に除去され得る。
【0071】
分かりやすくするために、図５および６は、１次元（例えば、ｘ方向）において回折する回折ビーム５０４、６０４のみを示している。しかし、ＤＭＤ２００は、変調光５０２および６０２が光軸５１２（例えば、ｙ方向）に垂直な第２の次元においてＤＭＤ２００によって回折される回折ビームも含むように、入力光２０６を２次元において回折させる。
【0072】
図７および８は、それぞれ、オン変調光５０２およびオフ変調光６０２の例示のフラウンホーファー回折パターン７００および８００の強度をプロットした図である。回折パターン７００および８００は、デジタルプロジェクタ１００がＤＭＤ２００および光学フィルタ４００とともに動作する場合に、フーリエ面４０８においてレンズ４０４によって生成されるフーリエ変換に対応する。回折パターン７００および８００は、後に「数値解析」のセクションにおいてより詳細に説明される手順にしたがって数値的に生成されたものである。各回折パターン７００、８００は、それぞれ、回折ビーム５０４および６０４に対応する複数の等間隔の回折ピークを含む。図７および８において、横軸７０４および縦軸７０６は、それぞれ、座標系２２０のｘ軸およびｙ軸に対する回折ピークの方向余弦を示す。図７および８において、回折パターン７００および８００の強度は、強度目盛り７０８にしたがって示されている。
【0073】
図７および図８の円７０２は、図５および図６の有効開口５０８を表す。円７０２内にある回折ピークは、オンおよびオフ投影光５１４、６１４としてプロジェクタレンズ１１２によってそれぞれ投影された回折ビーム５１８、６１８を表す。図７において、円７０２の中心における最も明るい（例えば、最も高い強度の）回折ピーク７１０は、図５のオン回折ビーム５０４（１）および／またはオン変調光５０２のゼロ次数に対応する。円７０２の外側に位置する回折ピークは、投影スクリーンに投影されない。
【0074】
図８において、オフ回折ビーム６０４（３）に対応する最も明るい回折ピーク８１０は、円７０２の外側の、方向余弦がより高い値をとる位置にあるので、投影スクリーンに投影されない。しかし、円７０２内の複数の低パワーの回折ピーク８１２は、オフ投影光６１４として投影スクリーンに投影されて、オフ光度を増大させ、ＰＣＲを低減する。
【0075】
ＰＣＲを増加させるために、オン光度よりもオフ光度に相対的に大きく寄与する、円７０２内に位置する回折次数をブロックすることによってオフ光度を低減するように光学フィルタ４００が実装され得る。フラウンホーファー回折パターン７００および８００は、変調光４０２のフーリエ変換を表し、光学フィルタマスク４１２が投影のための所望の回折次数を透過させ、ブロックしなければ投影されてしまう他の望まない回折次数をすべてブロックするようにするために、透過領域４１６がどのように構成され得るかを示している。具体的には、レンズ４０４のパラメータを用いて、各所望の回折ピークに対応する方向余弦を、（所望の回折ピークが光学フィルタマスク４１２を通って透過するための透過領域４１６のとり得る位置としての）光学フィルタマスク４１２上の空間位置に変換され得る。同様に、各望まない回折ピークに対応づけられた方向余弦は、光学フィルタマスク４１２が不透明で臨まない回折ピークをブロック（例えば、フィルタリング）する、光学フィルタマスク４１２上の空間位置に変換され得る。
【0076】
一実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、デジタルプロジェクタのＰＣＲおよび／または光パワー効率を最適にするために選択されたサイズ、形状、位置、および方向を有する１つの透過領域４１６を含む。別の実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、複数の透過領域４１６を有し、各透過領域４１６について、サイズ、形状、位置、および／または方向は、デジタルプロジェクタのＰＣＲおよび／または光パワー効率を最適にするように選択される。
【0077】
図９～１４は、図４の光学フィルタマスク４１２の例の正面図であり、透過領域４１６の例示の構成を示す。図９～１４のそれぞれにおいて、対応のオンおよびオフ回折ビーム５０４および６０４の異なる対に対応づけられた回折次数などの回折次数の複数の位置９０２は、２次元格子を形成するＸによって示される。例えば、図９において、位置９０２（２）は、光学フィルタマスク９００によってブロックされる１つの回折次数を示し、位置９０２（１）は、光学フィルタマスク９００によって透過される１つの回折次数を示す。
【0078】
図９および１０は、それぞれ円状の透過領域９０４および１００４を有する、例示の光学フィルタマスク９００および１０００を示す。円状の透過領域９０４および１００４のそれぞれは、穴であるか、光に対して少なくとも部分的に透過性である材料であり得る。円状の透過領域９０４および１００４は、透過領域４１６の例である。円状の透過領域９０４は、１つの回折次数を光学フィルタマスク９００を通って透過させる大きさを有する。円状の透過領域１００４は、複数の回折次数（例えば、図９に示すように３×３の格子を形成する９つの回折次数）を光学フィルタマスクを通って透過させる大きさを有する。図９および１０は、それぞれ光学フィルタマスク９００および１０００の中心に位置する（したがって、中心が光軸４２２上に位置する）円状の透過領域９０４および１００４を示すが、円状の透過領域９０４および１００４は、本発明の範囲を逸脱せずに、中心がずれ得る。
【0079】
図１１および１２は、それぞれ正方形状の透過領域１１０４および１２０４を有する、例示の光学フィルタマスク１１００および１２００を示す。正方形状の透過領域１１０４および１２０４のそれぞれは、正方形状の穴であるか、または光に対して少なくとも部分的に透過性である正方形状の材料である。正方形状の透過領域１１０４および１２０４は、透過領域４１６の例である。正方形状の透過領域１１０４は、光学フィルタマスク１１００の中心に位置し、複数の回折次数（例えば、図１１に示すように３×３の格子を形成する９つの回折次数）を光学フィルタマスク１１００を通って透過させる大きさを有する。正方形状の透過領域１２０４は、光学フィルタマスク１２００の中心からずれ、複数の回折次数（２×２の格子を形成する４つの回折次数など）を光学フィルタマスク１２００を通って透過させる大きさを有する。
【0080】
図１３は、３つの互いに近傍にある回折次数を光学フィルタマスク１３００を通って透過させるように構成された不規則な多角形状の透過領域１３０４を有する、例示の光学フィルタマスク１３００を示す。不規則な多角形状の透過領域１３０４は、透過領域４１６の一例であり、穴であるか、または光に対して少なくとも部分的に透過性である材料であり得る。
【0081】
図１４は、複数の円状の透過領域１４０４、例えば４つの透過領域１４０４を有する、例示の光学フィルタマスク１４００を示す。各円状の透過領域１４０４は、１つの回折次数を光学フィルタマスク１４００を通って透過させるような位置およびサイズを有する。円状の透過領域１４０４は、複数の透過領域４１６の一例である。
【0082】
透過領域４１６は、本発明の範囲を逸脱せずに、図９～１４の例とは異なる別の形状、
サイズ、および／または位置を有し得る。あるクラスの実装例において、図９～１４に示す透過領域４１６の例のそれぞれは、光学フィルタマスク４１２に（例えば、穿孔（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）、切削（ｍｉｌｌｉｎｇ）、またはエッチングによって）形成された穴である。別のクラスの実装例において、図９～１４に示す透過領域４１６の例のそれぞれは、光学フィルタマスク４１２に物理的に結合されるか、もしくは光学フィルタマスク４１２内に埋め込まれた、光学的に透明な窓、光学的に半透明な窓、またはカラーフィルタ（例えば、二色性フィルタまたは薄膜フィルタ）である。図９～１４の例において、光学フィルタマスク（例えば、光学フィルタマスク９００）は、円状であるが、これらの光学フィルタマスクのそれぞれは、本発明の範囲を逸脱せずに、別の形状（例えば、正方形状または矩形状）を有し得る。図９～１４の例のうちのいくつか（例えば、光学フィルタマスク９００および１０００）において、光学フィルタマスクは、その中心が光軸４２２上に配置されるように構成されるが、これらの光学フィルタマスクのそれぞれは、本発明の範囲を逸脱せずに、その中心が光軸４２２からずれるように構成されてもよい。
サイズ、および／または位置を有し得る。あるクラスの実装例において、図９～１４に示す透過領域４１６の例のそれぞれは、光学フィルタマスク４１２に（例えば、穿孔（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）、切削（ｍｉｌｌｉｎｇ）、またはエッチングによって）形成された穴である。別のクラスの実装例において、図９～１４に示す透過領域４１６の例のそれぞれは、光学フィルタマスク４１２に物理的に結合されるか、もしくは光学フィルタマスク４１２内に埋め込まれた、光学的に透明な窓、光学的に半透明な窓、またはカラーフィルタ（例えば、二色性フィルタまたは薄膜フィルタ）である。図９～１４の例において、光学フィルタマスク（例えば、光学フィルタマスク９００）は、円状であるが、これらの光学フィルタマスクのそれぞれは、本発明の範囲を逸脱せずに、別の形状（例えば、正方形状または矩形状）を有し得る。図９～１４の例のうちのいくつか（例えば、光学フィルタマスク９００および１０００）において、光学フィルタマスクは、その中心が光軸４２２上に配置されるように構成されるが、これらの光学フィルタマスクのそれぞれは、本発明の範囲を逸脱せずに、その中心が光軸４２２からずれるように構成されてもよい。
【0083】
光学フィルタマスク４１２は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属から形成され得る。この金属は、光学フィルタマスク４１２によってブロックされる光の吸収を強化するために陽極処理を施されるか、または黒色化され得る。あるいは、光学フィルタマスク４１２は、エッチングまたは研削によって透過領域４１６が設けられた、シリコンなどの半導体基板から形成され得る。別の実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、透過領域４１６に一致しない領域において光をブロックするように光吸収性材料（例えば、黒色塗料）によって被覆された光学的に透明な基板（例えば、ガラス）から形成される。別の実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、一配列の電子制御ミラーなどの動的構成可能透過領域４１６を有するアクティブ光学フィルタマスクである。
【0084】
いくつかの実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、光学フィルタマスク４１２（例えば、光学フィルタマスク９００、１０００、１１００、１２００、１３００、および１４００）の透過領域４１６（例えば、透過領域９０４、１００４、１１０４、１２０４、１３０４、および／または１４０４）と周辺の不透明領域との間に、「緩やかな（ｇｒａｄｕａｌ）」または「滑らかな（ｓｏｆｔ）」エッジを含む。緩やかなエッジは、透過領域４１６に近い点における比較的低い値（例えば、０）から、周辺の不透明領域に近い点における比較的高い値（例えば、１０以上）に空間的に単調に増加する光学密度を有する材料（例えば、ガラス、プラスチック）から形成され得る。緩やかなエッジを用いると、透過領域４１６は、透過性が急激に低減する急峻なエッジ（すなわち、透光性の空間的なステップ的変化）を有しない。緩やかなエッジは、光学フィルタマスク４１２がフーリエ面４０８上にどの程度正確に位置すべきかの程度を低減するという利点がある。これは、入力光１０６が点拡がり関数の小さい低エテンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）のレーザから発せられる場合に特に好適である。これと比較して、高エテンデュレーザは、光源をぼやけさせる広い点拡がり関数を有し、それにより光学フィルタマスク４１２の位置合わせに必要な精度を緩和する。透過領域４１６が直径ｄの円である実施形態（例えば、透過領域９０４および１００４）において、緩やかなエッジは、円の中心に配置され、内径がｄであり、外径が例えば１．１ｄ～１．２ｄである環であり得る。円の中心から外径よりも遠くに位置する光学フィルタマスク４１２の部分はいずれも不透明であり得る。
【0085】
図１５は、空間多重方式による各カラーチャネルの光学フィルタリングを介して増加したＰＣＲを達成する例示のマルチカラーデジタルプロジェクタ１５００の機能図である。マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００は、複数の光学フィルタ４００と、それに合う数のＤＭＤ２００とを有する。各光学フィルタ４００は、それぞれに対応のＤＭＤ２００と対にされ、それぞれに対応の異なる原色を扱う。デジタルプロジェクタ１５００において、各ＤＭＤ２００は、本発明の範囲を逸脱せずに、別のタイプのＳＬＭ１０２（例えば、反射型ＬＣＯＳ変調器または透過型ＬＣ位相変調器）によって置き換えられてもよい
。図１５は、３つのカラーチャネルを有するマルチカラーデジタルプロジェクタ１５００を示す。以下の説明は、これら３つのカラーチャネルに関するが、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００が２つだけのカラーチャネルまたは３つより多くのカラーチャネルを備え得ることが理解されるべきである。
。図１５は、３つのカラーチャネルを有するマルチカラーデジタルプロジェクタ１５００を示す。以下の説明は、これら３つのカラーチャネルに関するが、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００が２つだけのカラーチャネルまたは３つより多くのカラーチャネルを備え得ることが理解されるべきである。
【0086】
ＤＭＤ２００（１）、２００（２）、および２００（３）は、それぞれ入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）を変調して、それぞれ変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０３（３）にする。変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０３（３）は、それぞれ光学フィルタ４００（１）、４００（２）、および４００（３）によって光学的にフィルタリングされて、それぞれフィルタ光４１４（１）、４１４（２）、および４１４（３）にされる。マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００は、フィルタ光４１４（１）、４１４（２）、および４１４（３）を結合して、多色光１５１０にするビームコンバイナ１５０４をさらに含む。プロジェクタレンズ１１２は、多色光１５１０を投影スクリーン（例えば、図１のスクリーン１１６）に投影するように構成される。マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００は、３つの個別の色入力を処理して多色光を出力するように拡張されたデジタルプロジェクタ１００の実施形態である。
【0087】
一実施形態において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００は、それぞれフィルタ光４１４（１）、４１４（２）、および４１４（３）をコリメートして、それぞれ平行光４２０（１）、４２０（２）、および４２０（３）にするコリメーティングレンズ４１８（１）、４１８（２）、および４１８（３）を含む。本実施形態において、ビームコンバイナ１５０４は、図１５に示すように、平行光４２０（１）、４２０（２）、および４２０（３）を結合する。コリメーティングレンズ４１８を含まないマルチカラーデジタルプロジェクタ１５００の実施形態において、ビームコンバイナ１５０４は、コリメートされていないフィルタ光４１４（１）、４１４（２）、および４１４（３）を結合する。
【0088】
一実施形態において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００は、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）を、ＤＭＤ２００（１）、２００（２）、および２００（３）へそれぞれ反射し、変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０２（３）を、光学フィルタ４００（１）、４００（２）、および４００（３）にそれぞれ透過させる全反射（ＴＩＲ）プリズム１５０２（１）、１５０２（２）、および１５０３（３）を含む。マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００は、図１５に示すように、平行光４２０（１）および４２０（３）をビームコンバイナ１５０４へ方向転換させるミラー１５０６および１５０８を備え得る。図１５にはクロスダイクロイック（すなわち、ｘキューブ）プリズムとして示すが、ビームコンバイナ１５０４は、当該分野で公知の別のタイプのビームコンバイナであり得る。
【0089】
マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００の一実装例において、第１、第２、および第３の原色は、それぞれ赤色、緑色、および青色である。入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）が単色である場合、各入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）の波長は、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）がそれぞれスペクトル的に純色である赤、緑、および青の原色を表すように選択され得る。１つのそのような例において、赤原色を表す入力光２０６（１）の波長は、６１５ｎｍ、６４０ｎｍ、および６５５ｎｍのうちの１つであり、緑原色を表す入力光２０６（２）の波長は、５２５ｎｍ、５３０ｎｍ、および５４５ｎｍのうちの１つであり、青原色を表す入力光２０６（３）の波長は、４４５ｎｍ、４５０ｎｍ、および４６５ｎｍのうちの１つである。あるいは、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）は、赤、緑、および青の原色がスペクトル的な純色でないような多色であり得る。本発明の範囲を逸脱せずに、三原色は、赤色、緑色、および青色とは異なる色の組であってもよい。
【0090】
マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００は、各原色（例えば、赤色、緑色、および青色）のＰＣＲを増加させることによってＰＣＲを増加させる。マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００によって使用されるいくつかの光学処理、例えば、ＤＭＤ２００による入力光２０６の回折、ＴＩＲプリズム１５０２による変調光４０２の反射、レンズ４０４による変調光４０２の集光などは、波長に依存する。したがって、変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０２（３）のそれぞれのフラウンホーファー回折パターンは、波長に依存する。一実施形態において、光学フィルタマスク４１２（１）、４１２（２）、および４１２（３）は、それぞれ第１、第２、および第３の原色のＰＣＲを増加するために、それぞれ入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）の波長に基づいて個別に構成される。
【0091】
図１６は、異なるカラーチャネルの時間多重光学フィルタリングを介して増加したＰＣＲを達成する、例示のマルチカラーデジタルプロジェクタ１６００を示す機能図である。デジタルプロジェクタ１６００は、１つのＤＭＤ２００と、フィルタホイール１６１２を有する１つの光学フィルタ１６１０とを含む。図１７は、マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００への入力光として使用される時間多重光１６０１についての光パワー対時間のプロット図である。図１８および１９は、フィルタホイール１６１２の例を示す。以下の説明においては、図１６～１９を参照する。
【0092】
時間多重光１６０１は、時間的に分離された入力光２０６の繰り返しシーケンス１７０２を含む。マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００は、任意数の異なる色の入力光を受け取り、そして出力するように構成され得るが、図１７～１９および以下の説明は、マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００の三色実施形態に関する。本実施形態において、時間多重光１６０１は、時間的に分離された入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）を含む。図１７は、時間多重光１６０１の一例を示す。ここで、シーケンス１７０２は、第１のパルスの入力光２０６（１）、第２のパルスの入力光２０６（２）、および第３のパルスの入力光２０６（３）を含む。入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）は、例えば、赤、緑、および青の原色を表し得る。入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）のパルスは、同じＤＭＤ２００、光学フィルタ１６１０、およびプロジェクタレンズ１１２を用いるために空間的に重複させられる。図１７において、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）のパルスは、同様のパワー（例えば、パルス高さ）、期間（例えば、パルス幅）、およびパルス間の「オフ」時間（例えば、パルス間隔）を有するように示される。マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００は、本発明の範囲を逸脱せずに、パワー、期間、および「オフ」時間の他の構成によって特徴づけられた入力光２０６を受け取り得る。例えば、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）の第１、第２、および第３のパルスのうちの選択された１つは、選択されたパルスに対応する入力光の波長において、ＤＭＤ２００のより低い回折効率を補償するためにより高いパワーを有してもよい。
【0093】
ＤＭＤ２００は、画像に応じて、時間多重光１６０１の入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）を同期して変調して、時間多重変調光１６０２にするように構成される。言い換えると、ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２は、時間多重変調光１６０２が第１の入力光２０６（１）である場合は第１の構成を有し、時間多重変調光１６０２が第２の入力光２０６（２）である場合は第２の構成を有し、および時間多重変調光１６０２が第３の入力光２０６（３）である場合は第３の構成を有するように操作される。第１、第２、および第３の構成は異なり得る。デジタルプロジェクタ１６００において、ＤＭＤ２００は、本発明の範囲を逸脱せずに、別のタイプのＳＬＭ１０２（例えば、反射型ＬＣＯＳ変調器または透過型ＬＣ位相変調器）によって置き換えられてもよい。
【0094】
光学フィルタ１６１０は、光学フィルタマスク４１２がフィルタホイール１６１２に置
き換わっていることを除いて、図４の光学フィルタ４００と同様である。フィルタホイール１６１２は、時間多重変調光１６０２の入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）を同期してフィルタリングするように構成された複数の光学フィルタマスク４１２を含む。例えば、フィルタホイール１６１２が第１、第２、および第３の入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）に対応する第１、第２、および第３の光学フィルタマスクを含む実施形態において、モータ１６１４は、フィルタホイール１６１２を回転させて、時間多重変調光１６０２が第１の入力光２０６（１）であるときに、第１の光学フィルタマスク４１２が時間多重変調光１６０２をフーリエ面４０８で取り込んで（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）、フィルタリングし、時間多重変調光１６０２が第２の入力光２０６（２）であるときに、第２の光学フィルタマスク４１２が時間多重変調光１６０２をフーリエ面４０８で取り込んで、フィルタリングし、時間多重変調光１６０２が第３の入力光２０６（３）であるときに、第３の光学フィルタマスク４１２が時間多重変調光１６０２をフーリエ面４０８で取り込んで、フィルタリングするようにする。
き換わっていることを除いて、図４の光学フィルタ４００と同様である。フィルタホイール１６１２は、時間多重変調光１６０２の入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）を同期してフィルタリングするように構成された複数の光学フィルタマスク４１２を含む。例えば、フィルタホイール１６１２が第１、第２、および第３の入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）に対応する第１、第２、および第３の光学フィルタマスクを含む実施形態において、モータ１６１４は、フィルタホイール１６１２を回転させて、時間多重変調光１６０２が第１の入力光２０６（１）であるときに、第１の光学フィルタマスク４１２が時間多重変調光１６０２をフーリエ面４０８で取り込んで（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）、フィルタリングし、時間多重変調光１６０２が第２の入力光２０６（２）であるときに、第２の光学フィルタマスク４１２が時間多重変調光１６０２をフーリエ面４０８で取り込んで、フィルタリングし、時間多重変調光１６０２が第３の入力光２０６（３）であるときに、第３の光学フィルタマスク４１２が時間多重変調光１６０２をフーリエ面４０８で取り込んで、フィルタリングするようにする。
【0095】
マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００の一実施形態において、モータ１６１４は、フィルタホイール１６１２を段階的に回転させ、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）のパルスのそれぞれがフーリエ面４０８を通って伝播する間はフィルタホイール１６１２を静止位置に維持しながら、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）のパルス列に同期して異なる光学フィルタマスク４１２を切り換える。本実施形態において、モータ１６１４は、以下のように動作する。入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）のパルスがフーリエ面４０８に到達する前に、モータ１６１４は、フィルタホイール１６１２を回転させて、対応する光学フィルタマスク４１２をフーリエ面４０８において時間多重変調光１６０２の経路内に位置させる。フィルタ光の対応するパルスが光学フィルタマスク４１２を通る伝播を完了したら、次いでモータ１６１４は、フィルタホイール１６１２を回転させて、次の光学フィルタマスク４１２をフーリエ面４０８において時間多重変調光１６０２の経路内にさせる。
【0096】
ある実施形態において、時間多重変調光１６０２を集光させるために光学フィルタ１６１０内に実装されたレンズ４０４は、レンズ４０４の焦点距離が波長とともに変化する原因となる色収差を低減するように構成され得る。１つのそのような実施形態において、レンズ４０４は、入力光２０６（１）、２０６（２）、２０６（３）の波長において同様の焦点を得るようにして、３つの波長のそれぞれに対応するフーリエ面が同様な位置に決まるように設計された色消しレンズである。別のそのような実施形態において、レンズ４０４は、アポクロマートレンズ、超色消しレンズ、対物レンズ、複数のレンズ素子を備える接合レンズ、複数レンズの接合体、および／もしくは他の光学素子、または当該分野で公知の別のタイプのレンズである。レンズ４０４は、入力光２０６（１）、２０６（２）、２０６（３）の波長においてレンズ４０４を通る時間多重変調光１６０２の透過を強化する１つ以上の反射防止塗膜を有してもよい。
【0097】
一実施形態において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００は、フィルタホイール１６１２を透過してフィルタリングされた時間多重光をコリメートして、平行時間多重光１６０６にするコリメーティングレンズ１６１８を備える。平行時間多重光１６０６は、プロジェクタレンズ１１２によってスクリーンに投影される。別の実施形態において、コリメーティングレンズ１６１８がマルチカラーデジタルプロジェクタ１６００に含まれず、プロジェクタレンズ１１２は、コリメートされていない時間多重光を受け取るように構成される。
【0098】
図１８は、それぞれが１つの光学フィルタマスクを含む３つの扇部１８０２を有する、例示のフィルタホイール１８００の正面図である。フィルタホイール１８００は、フィルタホイール１６１２の一例である。モータ１６１４は、フィルタホイール１８００をアク
スル１８０４の周りで回転させる。フィルタホイール１８００の各回転は、１シーケンス１７０２の時間多重光１６０２に対応する。いくつかの実施形態において、モータ１６１４は、上記のようにフィルタホイール１８００を段階的に回転させる。図１８の例において、第１の扇部１８０２（１）の第１の光学フィルタマスクは、図９の光学フィルタマスク９００として示され、第２の扇部１８０２（２）の第２の光学フィルタマスクは、図１３の光学フィルタマスク１３００として示され、第３の扇部１８０２（３）の第３の光学フィルタマスクは、図１４の光学フィルタマスク１４００として示される。しかし、扇部１８０２の光学フィルタマスクは、本発明の範囲を逸脱せずに、図１８とは異なる他の形状、サイズ、および位置を有する透過領域（例えば、透過領域４１６）を備えてもよい。
スル１８０４の周りで回転させる。フィルタホイール１８００の各回転は、１シーケンス１７０２の時間多重光１６０２に対応する。いくつかの実施形態において、モータ１６１４は、上記のようにフィルタホイール１８００を段階的に回転させる。図１８の例において、第１の扇部１８０２（１）の第１の光学フィルタマスクは、図９の光学フィルタマスク９００として示され、第２の扇部１８０２（２）の第２の光学フィルタマスクは、図１３の光学フィルタマスク１３００として示され、第３の扇部１８０２（３）の第３の光学フィルタマスクは、図１４の光学フィルタマスク１４００として示される。しかし、扇部１８０２の光学フィルタマスクは、本発明の範囲を逸脱せずに、図１８とは異なる他の形状、サイズ、および位置を有する透過領域（例えば、透過領域４１６）を備えてもよい。
【0099】
一実施形態において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００は、所定の時間的アーチファクトのない画像を表示するように構成され、シーケンス１７０２の期間は、この目的のために、人間の視覚系の応答時間よりも短い。例えば、時間多重光１６０１の多重周波数は、シーケンス１７０２の期間の逆数に等しいが、視覚の存続（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｖｉｓｉｏｎ）を利用するフリッカー融合率よりも高い。多重周波数は、入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）のそれぞれについて、１ミリ秒未満のパルス幅に対応する１キロヘルツ以上であり得る。
【0100】
図１９は、それぞれが１つの光学フィルタマスクを含む６つの扇部１９０２を有する、例示のフィルタホイール１９００の正面図である。モータ１６１４は、フィルタホイール１９００をアクスル１８０４の周りで回転させて、フィルタホイール１９００の各完全な回転がシーケンス１７０２の２回の連続した繰り返しに対応するようにする。フィルタホイール１９００がフィルタホイール１８００よりも有利である１つの点は、フィルタホイール１９００が時間多重光１６０１の多重周波数の半分で回転するので、モータ１６１４が必要とするパワー消費要件および速度要件が低減されることである。別の実施形態において、フィルタホイール１６１２は３×ｎ個の扇部を有する（ｎは、正の整数である）。１セット３つの扇部の各セットは、３つの光学フィルタマスクを含み、フィルタホイール１９００の各完全な回転は、シーケンス１７０２のｎ個の連続した繰り返しに対応し、それにより、モータ１６１４およびフィルタホイール１６１２が時間多重光１６０１の多重周波数の１／ｎ倍で回転することが可能にされる。１つの使用例において、モータ１６１４は、フィルタホイール１９００を段階的に回転させて、フィルタホイール１９００の各光学フィルタマスクが入力光２０６の対応するパルスをフィルタリングしている間静止するようにする。
【0101】
図２０は、空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを向上させるための方法２０００を示す。方法２０００は、光学フィルタ４００によって行われ得る。方法２０００は、空間光変調器からの変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するステップ２００２を含む。変調光は、複数の回折次数を有する。ステップ２００２のある例において、レンズ４０４は、変調光４０２をフーリエ面４０８上に空間的にフーリエ変換する。方法２０００はまた、ステップ２００２によってフーリエ変換された変調光をフィルタリングするステップ２００４を含む。ステップ２００４は、同時に起こり得るステップ２００６および２００８を含む。ステップ２００６は、変調光の少なくとも１つの回折次数をフーリエ面において透過させる。ステップ２００８は、変調光の残りの部分をフーリエ面においてブロックする。ステップ２００６および２００８のある例において、光学フィルタマスク４１２は、変調光４０２の少なくとも１つの回折次数をフーリエ面４０８において透過領域４１６を通って透過させ、変調光４０２の残りの部分をフーリエ面４０８においてブロックする。ステップ２００６および２００８の別の例において、光学フィルタマスク４１２は、変調光４０２のゼロ次回折次数をフーリエ面４０８において透過領域４１６を通って透過させ、変調光４０２の残りの部分をフーリエ面４０８においてブロックする。方法２０００の別の例において、変調光４０２は、単色光である。方法２０００の別
の例において、変調光４０２は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである。方法２０００の別の例において、変調光４０２は、赤色光、緑色光、および青色光を結合して形成される多色光である。この例において、変調光４０２は、白色光であってもよい。ある実施形態において、方法２０００は、ステップ２００６の後で、透過した変調光の少なくとも１つの回折次数をコリメートするステップ２０１０をさらに含む。ステップ２０１０のある例において、コリメーティングレンズ４１８は、フィルタ光４１４をコリメートする。
の例において、変調光４０２は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである。方法２０００の別の例において、変調光４０２は、赤色光、緑色光、および青色光を結合して形成される多色光である。この例において、変調光４０２は、白色光であってもよい。ある実施形態において、方法２０００は、ステップ２００６の後で、透過した変調光の少なくとも１つの回折次数をコリメートするステップ２０１０をさらに含む。ステップ２０１０のある例において、コリメーティングレンズ４１８は、フィルタ光４１４をコリメートする。
【0102】
図２１は、空間多重方式による各カラーチャネルの光学フィルタリングを介してコントラストが増加したカラー画像を投影するための方法２１００を示す。方法２１００は、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００によって行われ得る。方法２１００は、カラー画像に応じて、第１、第２、および第３の入力光を空間的に変調して、それぞれ第１、第２、および第３の変調光を生成するステップ２１０２を含む。第１、第２、および第３の入力光は、図１５を参照して上述したように、カラー画像の３つの異なるそれぞれのカラーチャネルについての光を表し得る。第１、第２、および第３の変調光のそれぞれは、複数の回折次数を有する。ステップ２１０２のある例において、図１５のＤＭＤ２００（１）、２００（２）、および２００（３）は、それぞれ第１、第２、および第３の入力光２０６（１）、２０６（２）、および２０６（３）を空間的に変調して、それぞれ第１、第２、および第３の変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０２（３）とする。方法２１００はまた、第１、第２、および第３の変調光（ステップ２１０２において生成される）をフィルタリングして、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光にするステップ２１０４を含む。ある実施形態において、ステップ２１０４は、第１、第２、および第３の変調光のそれぞれに対して方法２０００を行って、第１、第２、および第３のフィルタ光を生成する。ステップ２１０４のそのような実施形態のある例において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００の光学フィルタマスク４１２（１）、４１２（２）、および４１２（３）は、それぞれフーリエ変換された第１、第２、および第３の変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０２（３）をフィルタリングして、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光４１４（１）、４１４（２）、および４１４（３）にする。ステップ２１０４は、同時に起こり得るステップ２１０６および２１０８を含む。ステップ２１０６は、第１、第２、および第３の変調光のそれぞれの少なくとも１つの回折次数を透過させる。ステップ２１０８は、第１、第２、および第３の変調光の残りの部分をブロックする。ステップ２１０６および２１０８のある例において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００の光学フィルタマスク４１２（１）、４１２（２）、および４１２（３）は、フーリエ変換された第１、第２、および第３の変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０２（３）のそれぞれの少なくとも１つの回折次数を透過させ、第１、第２、および第３の変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０２（３）の残りの部分をブロックする。方法２１００はまた、ステップ２１０４において生成された第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光を形成するステップ２１１０を含む。ステップ２１１０のある例において、ビームコンバイナ１５０４は、第１、第２、および第３のフィルタ光４１４（１）、４１４（２）、および４１４（３）を結合して、出力光１５１０にする。ある実施形態において、方法２１００は、出力光をスクリーンに投影するステップ２１１２をさらに含む。ステップ２１１２のある例において、プロジェクタレンズ１１２は、出力光１５１０を投影スクリーン１１６などのスクリーンに投影する。
【0103】
本発明の範囲を逸脱せずに、方法２１００は、２つだけのカラーチャネルまたは３つより多くのカラーチャネル（例えば、４つのカラーチャネル）を処理するように拡張され得る。
【0104】
図２２は、コントラストが増加したカラー画像を生成し、投影するための時間多重方法２２００を示す。方法２２００は、マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００によって
行われ得る。方法２２００は、投影すべきカラー画像に応じて、空間光変調器を用いて時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを有する時間多重変調光を生成するステップ２２０２を含む。第１、第２、および第３の変調光は、図１６を参照して上述したように、カラー画像の３つの異なるカラーチャネルについての光を表し得る。ステップ２２０２のある例において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００のＤＭＤ２００は、時間多重光１６０１を変調して、時間多重変調光１６０２にする。方法２２００はまた、レンズを用いて時間多重変調光（ステップ２２０２において生成される）を空間的にフーリエ変換するステップ２２０４を含む。ステップ２２０４のある例において、レンズ４０４は、時間多重変調光１６０２を空間的にフーリエ変換にする。方法２２００は、フィルタホイールを時間多重変調光に同期して回転させることによって、ステップ２２０４によって空間的にフーリエ変換された時間多重変調光をフィルタリングするステップ２２０６をさらに含む。フィルタホイールは、複数の光学フィルタマスクを含む。各光学フィルタマスクは、ステップ２２０４においてレンズによって空間的にフーリエ変換された第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つをフィルタリングするように構成される。ステップ２２０６は、フィルタホイールを回転させて、光学フィルタマスクのそれぞれを、時間多重変調光が第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つであるときに、空間的にフーリエ変換された光の中に位置するようにする。ステップ２２０６のある例において、モータ１６１４は、図１６を参照して上述したように、フィルタホイール１６１２を時間多重変調光１６０２に同期して回転させる。ステップ２２０６の別の例において、モータ１６１４は、フィルタホイール１６１２を段階的に回転させて、各光学フィルタマスクがそれに対応する変調光をフィルタリングしている間静止するようにする。一実施形態において、方法２２００は、フィルタリングされた時間多重変調光をスクリーンに投影するステップ２２０８をさらに含む。ステップ２２０８の一例として、プロジェクタレンズ１１２は、光学フィルタマスク１６１２によってフィルタリングされ、必要に応じてコリメーティングレンズ１６１８によってコリメートされた時間多重光をプロジェクタスクリーンに投影する。
行われ得る。方法２２００は、投影すべきカラー画像に応じて、空間光変調器を用いて時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを有する時間多重変調光を生成するステップ２２０２を含む。第１、第２、および第３の変調光は、図１６を参照して上述したように、カラー画像の３つの異なるカラーチャネルについての光を表し得る。ステップ２２０２のある例において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１６００のＤＭＤ２００は、時間多重光１６０１を変調して、時間多重変調光１６０２にする。方法２２００はまた、レンズを用いて時間多重変調光（ステップ２２０２において生成される）を空間的にフーリエ変換するステップ２２０４を含む。ステップ２２０４のある例において、レンズ４０４は、時間多重変調光１６０２を空間的にフーリエ変換にする。方法２２００は、フィルタホイールを時間多重変調光に同期して回転させることによって、ステップ２２０４によって空間的にフーリエ変換された時間多重変調光をフィルタリングするステップ２２０６をさらに含む。フィルタホイールは、複数の光学フィルタマスクを含む。各光学フィルタマスクは、ステップ２２０４においてレンズによって空間的にフーリエ変換された第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つをフィルタリングするように構成される。ステップ２２０６は、フィルタホイールを回転させて、光学フィルタマスクのそれぞれを、時間多重変調光が第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つであるときに、空間的にフーリエ変換された光の中に位置するようにする。ステップ２２０６のある例において、モータ１６１４は、図１６を参照して上述したように、フィルタホイール１６１２を時間多重変調光１６０２に同期して回転させる。ステップ２２０６の別の例において、モータ１６１４は、フィルタホイール１６１２を段階的に回転させて、各光学フィルタマスクがそれに対応する変調光をフィルタリングしている間静止するようにする。一実施形態において、方法２２００は、フィルタリングされた時間多重変調光をスクリーンに投影するステップ２２０８をさらに含む。ステップ２２０８の一例として、プロジェクタレンズ１１２は、光学フィルタマスク１６１２によってフィルタリングされ、必要に応じてコリメーティングレンズ１６１８によってコリメートされた時間多重光をプロジェクタスクリーンに投影する。
【0105】
本発明の範囲を逸脱せずに、方法２２００は、２つだけのカラーチャネルまたは３つより多くのカラーチャネル（例えば、４つのカラーチャネル）を処理するように拡張され得る。
【0106】
数値解析
以下の説明は、ＤＭＤ２００を備えるデジタルプロジェクタのコントラスト比が、波長、マイクロミラー２０２のオンおよびオフ傾斜角度、オンおよびオフ傾斜角度の許容度、光学フィルタマスク４１２の透過領域４１６の形状、入力光２０６の角度およびスペクトルダイバーシティ、入力光２０６を生成する照射源の実効サイズなどの様々なパラメータにどのように依存するかを調べるための数値解析に関する。デジタルプロジェクタ１００、５００、１５００、および１６００は、これらの数値解析において調べられるパラメータに応じて構成され得る。
以下の説明は、ＤＭＤ２００を備えるデジタルプロジェクタのコントラスト比が、波長、マイクロミラー２０２のオンおよびオフ傾斜角度、オンおよびオフ傾斜角度の許容度、光学フィルタマスク４１２の透過領域４１６の形状、入力光２０６の角度およびスペクトルダイバーシティ、入力光２０６を生成する照射源の実効サイズなどの様々なパラメータにどのように依存するかを調べるための数値解析に関する。デジタルプロジェクタ１００、５００、１５００、および１６００は、これらの数値解析において調べられるパラメータに応じて構成され得る。
【0107】
図２３は、このセクションで数値結果が提示されるシミュレーション実験２３００の側面図である。シミュレーション実験２３００において、ＤＭＤ２００は、入力光２０６を変調して、複数の回折次数を有する変調光４０２にする。変調光４０２のフラウンホーファー回折パターンが計算され、フラウンホーファー回折パターンの各回折次数が、空間フィルタ２３０２の形状および構成に依存して、空間フィルタ２３０２によって透過されるか、またはブロックされるかのいずれかであるかを標示することによって、空間フィルタ２３０２がモデル化される。空間フィルタ２３０２は、光学フィルタマスク４１２の一例である。シミュレーション実験２３００のコントラスト比は、一旦ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２がオン姿勢に構成されたとき、および再度ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２がオフ姿勢に構成されたときに、空間フィルタ２３０２を透過したと標示された回
折次数を数値的に積算することによって得られる。これら２つの数値積算は、それぞれオン光度およびオフ光度に対応し、それらの比は、コントラスト比を定義する。
折次数を数値的に積算することによって得られる。これら２つの数値積算は、それぞれオン光度およびオフ光度に対応し、それらの比は、コントラスト比を定義する。
【0108】
フラウンホーファー回折パターンは、シミュレーション実験２３００について、スカラー回折理論のレイリー－ゾンマーフェルト形式を使用して計算される。この形式の特徴は、回折された電界の複素振幅を球状波にわたる積分（例えば、合計）として表現するレイリー－ゾンマーフェルト積分である。
【0109】
本明細書において提示される数値解析は、ＤＭＤ２００に限定されず、反射型ＬＣＯＳ位相変調器または透過型ＬＣ位相変調器などのＳＬＭ１０２の他の実施形態に容易に拡張されることが理解されるべきである。
【0110】
図２４～２６は、シミュレーション実験２３００について数値的に得られたコントラスト比および光学効率対半角のプロット図である。図２４～２６の結果を生成するために、空間フィルタ２３０２は、中心が光軸４２２にあり、開口直径２３０４を有する円状の開口としてモデル化した。空間フィルタ２３０２の中心は、変調光４０２のゼロ次回折次数（例えば、第１のオンおよびオフ回折ビーム５０４（１）および６０４（１））上に配置した。空間フィルタ２３０２の円状の開口は、ＤＭＤ２００の前面の中心に頂点が位置する円錐の底面を形成し、その円錐は、光軸４２２と一致する軸を有する。半角２３０８は、本明細書において、円錐の頂角の半分として定義される。
【0111】
図２４～２６において、それぞれ５３２ｎｍ、４６５ｎｍ、および６１７ｎｍの波長を、シミュレーション実験２３００における光について使用した。ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２について、＋１２°の呼びオン姿勢および－１２°オフ姿勢傾斜角度を使用した。ＤＭＤ２００について、８１％の寸法フィルファクタ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）および９０％の面積フィルファクタ（ａｒｅａ ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を使用した。
【0112】
図２４において、半角２３０８を小さくすると、空間フィルタ２３０２によってブロックされる変調光４０２の回折次数が増えるにつれ、緑色コントラスト比２４０２は、一続きの「ステップ」として増加する。変調光４０２のゼロ次回折次数のみが空間フィルタ２３０２によって透過される場合、最も高い緑色コントラスト比の７５７，０００：１が得られる。半角２３０８が大きくなると、空間フィルタ２３０２によって透過される回折次数が増えるにつれ、緑色光学効率２４０４は、一続きの「ステップ」として増加する。緑色変調光の光パワーの大半は、低回折次数（例えば、ゼロ次、１次、および２次回折次数）にあるので、緑色効率２４０４における最も大きなステップは、半角２３０８の小さい値において生じる。最も高い緑色コントラスト比において、緑色光学効率２４０４は、約８０％であり、すなわち、変調光４０２の８０％が空間フィルタ２３０２によって透過される。
【0113】
図２５において、青色コントラスト比２５０２および青色光学効率２５０４は、それぞれ緑色コントラスト比２４０２および緑色光学効率２４０４と同様に挙動する。変調光４０２のゼロ次回折次数のみが空間フィルタ２３０２によって透過されるときに、最も高い青色コントラスト比の８５０，０００：１が得られる。最も高い青色コントラスト比において、青色光学効率２５０４は、８０％から５０％未満に急峻に落ちる。
【0114】
図２６において、赤色コントラスト比２６０２および赤色光学効率２６０４は、それぞれ緑色および青色コントラスト比２４０２、２５０２ならびに緑色および青色光学効率２４０４、２５０４と同様に挙動する。しかし、最も高い赤色コントラスト比は、わずか４５０，０００：１である。最も高い赤色コントラスト比が対応する最も高い緑色および青
色コントラスト比よりも低い１つの理由は、６１７ｎｍの赤色波長において、ＤＭＤ２００がブレーズ（ｂｌａｚｅ）条件から大きく離れて照射されることである。最も高い赤色コントラスト比において、赤色光学効率２６０４は、約８０％である。
色コントラスト比よりも低い１つの理由は、６１７ｎｍの赤色波長において、ＤＭＤ２００がブレーズ（ｂｌａｚｅ）条件から大きく離れて照射されることである。最も高い赤色コントラスト比において、赤色光学効率２６０４は、約８０％である。
【0115】
図２７は、光の波長が５３２ｎｍであり、ＤＭＤ２００のすべてのマイクロミラー２０２がオン姿勢であるときのシミュレーション実験２３００についてのフラウンホーファー回折パターンである。図２７において、４つの最も明るい回折次数のそれぞれは、囲い枠２７０２のうちの１つによって囲まれている。囲い枠２７０２（１）は、最大の光パワーを含み、変調光４０２のゼロ次回折次数に対応する。各囲い枠２７０２ついて、囲い枠２７０２を空間フィルタ２３０２の矩形状の開口（例えば、透過領域４１６）として使用して、ＤＯＣＲを計算した。数値計算されたＤＯＣＲを各囲い枠内に印刷した。例えば、囲い枠２７０２（１）において、変調光４０２のゼロ次回折次数のＤＯＣＲは、７５８，０７５：１である。一実施形態において、光学フィルタマスク４１２は、変調光４０２のゼロ次回折次数を透過させ、すべての他の回折次数をブロックするように構成される。光学フィルタマスク９００は、本実施形態とともに使用され得る光学フィルタマスク４１２の一例である。別の実施形態において、マルチカラーデジタルプロジェクタ１５００の光学フィルタマスク４１２（１）、４１２（２）、および４１２（３）は、変調光４０２（１）、４０２（２）、および４０２（３）のゼロ次回折次数を透過させ、すべての他の回折次数をブロックするようにそれぞれ構成され得る。
【0116】
図２８は、光の波長が６１７ｎｍであり、ＤＭＤ２００のすべてのマイクロミラー２０２がオン姿勢であるときのシミュレーション実験２３００についてのフラウンホーファー回折パターンである。図２８において、４つの回折次数は、変調光４０２の光パワーの大半を含む。５３２ｎｍの波長を使用した図２７と比較して、光パワーは、４つの回折次数のあいだでより均一に分配される。なぜなら、６１７ｎｍの波長は、ＤＭＤ２００のブレーズ条件からさらに遠く離れているからである。８５２，０００：１の高コントラスト比が囲い枠２８０２（１）において回折次数を透過させるのみの空間フィルタ２３０２を形成することによって得られ得る。しかし、囲い枠２８０２（２）、２８０２（３）、および２８０２（４）において回折次数をブロックすることによって、光学効率は、著しく劣化する。
【0117】
コントラスト比と光学効率との妥協策として、空間フィルタ２３０２は、囲い枠２８０２（１）、２８０２（２）、および２８０２（４）に対応する最も高いＤＯＣＲを有する３つの回折次数を透過させるように構成され得る。空間フィルタ２３０２のこの例において、囲い枠２８０２（１）、２８０２（２）、および２８０２（４）に対応する開口の位置は、光軸４２２に対して対称でない。一実施形態において、光学フィルタ４００は、図２８によると、変調光４０２の３つの回折次数を透過させるように構成される。光学フィルタマスク１３００は、本実施形態とともに使用され得る光学フィルタマスク４１２の一例である。他の実施形態において、光学フィルタ４１２は、変調光４０２のゼロでない整数個の回折次数を透過させるように構成される。その回折次数の最大個数は、レンズ４０４の有効開口によって決まる。
【0118】
図２９は、マイクロミラー２０２のオンおよびオフ傾斜角度がそれぞれ＋１２．１°および－１２．１°であるときの、６１７ｎｍの波長において操作されたシミュレーション実験２３００について数値的に得られたコントラスト比２９０２および光学効率２９０４のプロット図である。コントラスト比は、マイクロミラー傾斜角度の小さな変化にも影響を受け得る。図２６と比較して、傾斜角度を０．１°変化させると、最も高い赤色コントラスト比が２倍よりも大きく増加し、ほぼ１，０００，０００：１となるが、赤色光学効率２９０４は、約８０％のままである。比較のために記載すると、市販のＤＭＤの典型的な仕様は、傾斜角度許容度が±０．５°である。
【0119】
図３０および３１は、シミュレーション実験２３００について数値的に得られたコントラスト比対マイクロミラー傾斜角度のプロット図である。図３０において、オフ姿勢傾斜角度は、－１２°に固定され、オン姿勢傾斜角度は、１１．５°～１２．５°の範囲で変化する。図３１において、オン姿勢傾斜角度は、＋１２°に固定され、オフ姿勢傾斜角度は、－１２．５°～－１１．５°の範囲で変化する。図３０において、コントラスト比３００２、３００４、および３００６は、それぞれ６１７ｎｍ、４６５ｎｍ、および５３２ｎｍの波長に対応する。図３１において、コントラスト比３１０２、３１０４、および３１０６は、それぞれ６１７ｎｍ、４６５ｎｍ、および５３２ｎｍの波長に対応する。以下の説明においては、図３０および３１を参照する。
【0120】
コントラスト比の値は、一般に、オン光度よりもオフ光度における変化量により影響を受けやすい。したがって、コントラスト比は、オン傾斜角度よりもオフ傾斜角度により強く依存し得る。図３０に示すように、コントラスト比３００２、３００４、および３００６は、±０．５°の傾斜角度許容度範囲にわたってオン傾斜角度が変化してもほとんど変化を示さない。他方、図３１のコントラスト比３１０２、３１０４、および３１０６は、同様の角度許容度範囲にわたってオフ傾斜角度を変化させるとより強く変化する。
【0121】
ある実施形態において、緑色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスであって、－１２°よりも大きい（例えば、－１１．８°よりも大きいか、または－１１．６°よりも大きい）呼びオフ姿勢傾斜角度を有するデジタルマイクロミラーデバイスが提供される。ある例において、デジタルマイクロミラーデバイスの呼びオフ姿勢傾斜角度は、－１１．５°以上である。
【0122】
本実施形態によるデジタルマイクロミラーデバイスは、緑色光を変調するときのオン－オフコントラスト比を向上させ得る。
【0123】
ある例において、緑色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスの呼びオン姿勢傾斜角度は、＋１１．５°～＋１２．５°の範囲にあり、例えば＋１２°である。
【0124】
ある実施形態において、赤色または青色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスであって、－１２°未満（例えば、１２．２°未満または－１２．４°未満）の呼びオフ姿勢傾斜角度を有するデジタルマイクロミラーデバイスが提供される。ある例において、デジタルマイクロミラーデバイスの呼びオフ姿勢傾斜角度は、－１２．５°以下である。
【0125】
本実施形態によるデジタルマイクロミラーデバイスは、赤色光または青色光を変調するときのオン－オフコントラスト比を向上し得る。
【0126】
ある例において、赤色光または青色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスの呼びオン姿勢傾斜角度は、＋１１．５°～＋１２．５°の範囲にあり、例えば＋１２°である。
【0127】
ある実施形態において、画像を生成するための変調器システムが提供され、この変調器システムは、
赤色光を変調して、変調赤色光を生成するように構成された第１のデジタルマイクロミラーデバイスと、
緑色光を変調して、変調緑色光を生成するように構成された第２のデジタルマイクロミラーデバイスと、
青色光を変調して、変調青色光を生成するように構成された第３のデジタルマイクロミラーデバイスと、
を備え、
第２のデジタルマイクロミラーデバイスの呼びオフ姿勢傾斜角度が第１および第３のデジタルマイクロミラーデバイスの呼びオフ姿勢傾斜角度と異なる、変調器システムである。例えば、第１および第３のデジタルマイクロミラーデバイスは、第１のタイプであり、第１の呼びオフ姿勢傾斜角度を有し、第２のデジタルマイクロミラーデバイスは、第２のタイプであり、第１のタイプの呼びオフ姿勢傾斜角度と異なる第２の呼びオフ姿勢傾斜角度を有し得る。例えば、第１および第３のデジタルマイクロミラーデバイスは、上記の赤色または青色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスであり、第２のデジタルマイクロミラーデバイスは、上記の緑色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスである。
赤色光を変調して、変調赤色光を生成するように構成された第１のデジタルマイクロミラーデバイスと、
緑色光を変調して、変調緑色光を生成するように構成された第２のデジタルマイクロミラーデバイスと、
青色光を変調して、変調青色光を生成するように構成された第３のデジタルマイクロミラーデバイスと、
を備え、
第２のデジタルマイクロミラーデバイスの呼びオフ姿勢傾斜角度が第１および第３のデジタルマイクロミラーデバイスの呼びオフ姿勢傾斜角度と異なる、変調器システムである。例えば、第１および第３のデジタルマイクロミラーデバイスは、第１のタイプであり、第１の呼びオフ姿勢傾斜角度を有し、第２のデジタルマイクロミラーデバイスは、第２のタイプであり、第１のタイプの呼びオフ姿勢傾斜角度と異なる第２の呼びオフ姿勢傾斜角度を有し得る。例えば、第１および第３のデジタルマイクロミラーデバイスは、上記の赤色または青色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスであり、第２のデジタルマイクロミラーデバイスは、上記の緑色光を変調するために最適化されたデジタルマイクロミラーデバイスである。
【0128】
上記変調器システムは、
第１、第２、および第３の光学フィルタであって、各光学フィルタは、
それぞれの第１、第２、および第３の空間光変調器からの複数の回折次数を有する変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズと、
レンズのフーリエ面に位置し、レンズによって空間的にフーリエ変換された変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させて、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光を生成し、変調光の残りの部分をブロックすることによって、変調光をフィルタリングするように構成された光学フィルタマスクと、を備える、第１、第２、および第３の光学フィルタと、
第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光にするように構成されたビームコンバイナと、
を備える。
第１、第２、および第３の光学フィルタであって、各光学フィルタは、
それぞれの第１、第２、および第３の空間光変調器からの複数の回折次数を有する変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズと、
レンズのフーリエ面に位置し、レンズによって空間的にフーリエ変換された変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させて、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光を生成し、変調光の残りの部分をブロックすることによって、変調光をフィルタリングするように構成された光学フィルタマスクと、を備える、第１、第２、および第３の光学フィルタと、
第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光にするように構成されたビームコンバイナと、
を備える。
【0129】
さらに、上記変調器システムはまた、必要に応じて、図９～１５に関連して記載された特徴などの、本明細書中に記載の特徴のいずれを含んでもよい。
【0130】
図３２は、５３２ｎｍの波長でのシミュレーション実験２３００について数値的に得られた、入力光２０６の角度ダイバーシティの関数としてのコントラスト比３２０２および光学効率３２０４のプロット図である。図３３および３４は、シミュレーション実験２３００のフラウンホーファー回折パターンであり、入力光２０６の角度ダイバーシティによる回折ピークの拡幅を示す。図３３において、入力光２０６は、角度ダイバーシティを有しない平面波である。図３４において、入力光２０６は、８°半角度の角度ダイバーシティを有する。図３２におけるデータを得るために、空間フィルタ２３０２は、図３３および３４における囲い枠３３０２によって表された矩形状の開口を備えた。以下の説明においては、図３２～３４を参照する。
【0131】
シネマおよび他のクリティカルな視聴環境において、画像のデジタルレーザ投影は、塵埃や他の好ましくない回折アーチファクトの視認性を低減するので、レーザ照射における角度ダイバーシティおよび低減コヒーレンスの恩恵を受ける。また、レーザ照射は、増加した帯域幅を有するので、スクリーン上のスペックルの視認性が低減するという利点がある。
【0132】
レーザ照射の角度ダイバーシティおよび帯域幅を増加させると、本明細書中に提示する光学フィルタリングシステムおよび方法のコントラスト比が劣化し得る。特に、フーリエ面において、増加した角度ダイバーシティおよび帯域幅は、回折ピークを拡幅し、そのピークの裾部が互いに近傍にあるピークの裾部とともにぼやけてしまう。そのようなピークの拡幅は、ブロックすべき互いに近傍にある回折次数の一部を透過させることなく個々の
回折次数を空間フィルタ２３０２を通って透過させることを阻害し得る。図３２に示すように、入力光２０６の半角度が８°に増加されているので、コントラスト比は、７２１，０００：１から３４６，０００：１に半減する。
回折次数を空間フィルタ２３０２を通って透過させることを阻害し得る。図３２に示すように、入力光２０６の半角度が８°に増加されているので、コントラスト比は、７２１，０００：１から３４６，０００：１に半減する。
【0133】
したがって、角度ダイバーシティおよびスペクトル帯域幅を考慮すると、（１）塵埃の視認性および低減されたスペックルと、（２）コントラスト比との間にトレードオフの関係がある。
【0134】
コントラスト劣化の要因は、ＤＭＤ２００による入力光２０６の回折以外の要因、例えば、マイクロミラー２０２の表面からの入力光２０６の散乱、シネマルームにおける不要な迷光および反射、光学収差、および／または偏光効果などであることが理解される。しかし、大半のデジタルプロジェクタにおいて、ＤＭＤ２００による回折がコントラスト劣化の主な原因、または主な原因の少なくとも１つのであると考えられる。本明細書に開示のシステムおよび方法は、回折の他に上記に挙げた要因などの他の要因によってコントラストが劣化するような場合について、容易に拡張される。本明細書に開示のシステムおよび方法は、他のそのような要因が存在する場合でさえ、コントラストを強化できる。
【0135】
実験結果
図４と同様の実験設定を使用して上記の数値解析を検証した。最も高いコントラストを実証するために、５３２ｎｍにおいてゼロ次回折次数をフィルタリングするように実験設定を構成した。光学フィルタマスク４１２は、中心が光軸４２２上にある円状の開口を備えた。円状の開口の直径およびレンズ（例えば、レンズ４０４）は、フーリエ面において２°の半角を形成するように選択した。ＤＭＤ２００への入力光は、Ｍ2＜１．１である
偏光５３２ｎｍレーザによって与えた。入力光は、２つのダブレットから形成されたガリレイビーム拡大器を使用してＤＭＤ２００の前面を満たすように拡大した。これにより、回折限界性能が得られた。記載を簡単にするため、ＴＩＲプリズムを使用して光をＤＭＤ２００にカップリングすることは、行わなかった。ＤＭＤ２００を最も明るい（例えば、白色レベル）出力および最も暗い（例えば、黒色レベル）出力で動作させ、分光計を用いてコントラストを測定した。
図４と同様の実験設定を使用して上記の数値解析を検証した。最も高いコントラストを実証するために、５３２ｎｍにおいてゼロ次回折次数をフィルタリングするように実験設定を構成した。光学フィルタマスク４１２は、中心が光軸４２２上にある円状の開口を備えた。円状の開口の直径およびレンズ（例えば、レンズ４０４）は、フーリエ面において２°の半角を形成するように選択した。ＤＭＤ２００への入力光は、Ｍ2＜１．１である
偏光５３２ｎｍレーザによって与えた。入力光は、２つのダブレットから形成されたガリレイビーム拡大器を使用してＤＭＤ２００の前面を満たすように拡大した。これにより、回折限界性能が得られた。記載を簡単にするため、ＴＩＲプリズムを使用して光をＤＭＤ２００にカップリングすることは、行わなかった。ＤＭＤ２００を最も明るい（例えば、白色レベル）出力および最も暗い（例えば、黒色レベル）出力で動作させ、分光計を用いてコントラストを測定した。
【0136】
２つの同一の４Ｋ ＤＭＤのコントラスト比を測定した。５３２ｎｍおよび２°半角において、シミュレーション実験２３００によって予測されるコントラスト比は、約７５７，０００：１（図２４における最も高い緑色コントラスト比を参照）である。２５４，２３４：１および２７７，９６６：１のコントラスト比が測定された。これらの値は、予測値よりも約３倍低い。その違いの原因は、ＤＭＤからあふれ出た迷光、ＤＭＤのマイクロミラー間の間隙から出た迷光、およびマイクロミラーの表面やエッジからの散乱などである。
【0137】
また、コントラスト比がオフ傾斜角度に依存することを考慮すると予想されるように、入力光２０６のＤＭＤ２００への伝播方向がコントラスト比に影響を与えることが観察された。加えて、入力光２０６の偏光が、ＤＭＤ２００の黒色レベルに影響を与え、それによりコントラスト比が影響を受けることが観察された。上記実験結果について、波長板を用いて入力光の偏光を回転させて、コントラストを最大化した。
【0138】
コントラスト比のマイクロミラー傾斜角度および入力光２０６の伝播方向に対する感受性を考慮すると、ビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）を使用して、同様の傾斜角度を有するＤＭＤをグループ化してもよい。三色デジタルプロジェクタ１５００の一実施形態において、ＤＭＤ２００（１）、２００（２）、および２００（３）について、同様の傾斜角度を有する３つのビニング化ＤＭＤが使用される。別の実施形態において、ＤＭＤ２００（１）、２００（２）、および２００（３）について、異なる傾斜角度（例えば、３つの異なる
ビンから）を有する３つのビニング化ＤＭＤが使用され、ＤＭＤのそれぞれは、ＤＭＤとともに使用される入力光２０６の特定波長についてコントラスト比を最大にするために選択された傾斜角度を有する。
ビンから）を有する３つのビニング化ＤＭＤが使用され、ＤＭＤのそれぞれは、ＤＭＤとともに使用される入力光２０６の特定波長についてコントラスト比を最大にするために選択された傾斜角度を有する。
【0139】
ＤＬＰビットシーケンス
図３５は、ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２をどのように制御して１映像フレームを表示するかを決定する例示のビット平面３５０２の時間シーケンス３５００を示す。図３６は、図３５の例示のビット平面３５０２がＤＭＤ２００を制御して１映像フレームを表示するときに１映像フレームがどのように現れるかを示す再構成フレーム３６００である。以下の説明においては、図３５および３６を参照する。
図３５は、ＤＭＤ２００のマイクロミラー２０２をどのように制御して１映像フレームを表示するかを決定する例示のビット平面３５０２の時間シーケンス３５００を示す。図３６は、図３５の例示のビット平面３５０２がＤＭＤ２００を制御して１映像フレームを表示するときに１映像フレームがどのように現れるかを示す再構成フレーム３６００である。以下の説明においては、図３５および３６を参照する。
【0140】
デジタル映像フレームの各画素には、その画素の所望の強度を表す対応の画素レベルが割り当てられる。ピクセルレベルは、ｎビットの整数として表され得る。ここで、０は、最も低い強度レベルであり、２n－１は、最も高い強度レベルである。この表現を用いる
と、フレームは、ｎ個のビット平面３５０２の合計として形成され得る。いずれのビット平面３５０２においても白色ビットは、ＤＭＤ２００の対応するマイクロミラー２０２についてのオンを表し、黒色ビットは、対応するマイクロミラー２０２についてのオフを表す。ＤＭＤ２００は、各ビット平面３５０２に応じて、時間間隔２i×Δｔの間、順次制
御される。ここで、Δｔは、最小時間間隔であり、ｉ＝０、．．．、ｎ－１は、ビット平面３５０２のインデックスである。したがって、画素レベルが６ビットの整数として表される図３５の例において、ＤＭＤ２００は、第１の時間間隔Δｔの間は、第１のビット平面３５０２（０）にしたがって制御され、第２の時間間隔２Δｔの間は、第２のビット平面３５０２（１）にしたがって制御され、．．．、最後の第６の時間間隔３２Δの間は、ビット平面３５０２（５）にしたがって制御される。ビット平面３５０２のビット（すなわち、対応するマイクロミラー２０２について、各ビットについてオンおよびオフにそれぞれ対応する０または１である）は、ビット平面３５０２の時間重み付け合計がフレームについて所望の画素を与えるように選択される。フレームは、人間の視覚系がビット平面３５０２の表示シーケンス３５００の時間積分に応答できる程度の速さで表示される。
と、フレームは、ｎ個のビット平面３５０２の合計として形成され得る。いずれのビット平面３５０２においても白色ビットは、ＤＭＤ２００の対応するマイクロミラー２０２についてのオンを表し、黒色ビットは、対応するマイクロミラー２０２についてのオフを表す。ＤＭＤ２００は、各ビット平面３５０２に応じて、時間間隔２i×Δｔの間、順次制
御される。ここで、Δｔは、最小時間間隔であり、ｉ＝０、．．．、ｎ－１は、ビット平面３５０２のインデックスである。したがって、画素レベルが６ビットの整数として表される図３５の例において、ＤＭＤ２００は、第１の時間間隔Δｔの間は、第１のビット平面３５０２（０）にしたがって制御され、第２の時間間隔２Δｔの間は、第２のビット平面３５０２（１）にしたがって制御され、．．．、最後の第６の時間間隔３２Δの間は、ビット平面３５０２（５）にしたがって制御される。ビット平面３５０２のビット（すなわち、対応するマイクロミラー２０２について、各ビットについてオンおよびオフにそれぞれ対応する０または１である）は、ビット平面３５０２の時間重み付け合計がフレームについて所望の画素を与えるように選択される。フレームは、人間の視覚系がビット平面３５０２の表示シーケンス３５００の時間積分に応答できる程度の速さで表示される。
【0141】
図３５および３６は、画素値が６ビットの整数として表される例を示すが、本発明の範囲を逸脱せずに、画素値は、異なる数のビットによって表されてもよいし、同じ数のビット平面があってもよい。図３５は、分かりやすくするために、２５０画素×２５０画素を有するビット平面３５０２を示すが、ビット平面３５０２は、本発明の範囲を逸脱せずに、ＤＭＤ２００のすべてのマイクロミラー２０２を制御するようなサイズにされ得る。
【0142】
多くの回折次数がスクリーンに投影される従来のデジタル投影システムにおいて、画素の所望の画素レベルは、画素を生成するマイクロミラーについてのオン時間に比例する。しかし、ＤＭＤ２００からの回折次数を光学フィルタ（例えば、光学フィルタ４１２）によってブロックして、コントラストを増加させる場合、光学フィルタを通過する光（例えば、ゼロ次回折次数）の量はまた、マイクロミラー２０２の空間パターンに依存する。空間パターンからの入力光の回折は、どれくらいのパワーが各次数に回折されるか、したがってどれくらいのパワーが光学フィルタを通過するかに影響を与える。いくつかのフレームにおいて、空間パターンおよび光学フィルタの組み合わせは、再構成フレーム３６００においてアーチファクト３６０２を生成し得る。例えば、図３５において、ビット平面３５０２は、ＤＭＤ２００を制御して、異なる空間周波数を有するオンおよびオフ「ストライプ」を形成し、そして、この空間パターンから生じる位相シフトは、光学フィルタを通る光の量を変化させ、それにより垂直な「バンド」として現れるアーチファクト３６０２を生成する。３つのアーチファクト３６０２のみが再構成フレーム３６００において特定されるが、再構成フレーム３６００は、やはりアーチファクトである異なるレベルの暗さのさらなるバンドを含む。アーチファクト３６０２は、再構成フレーム３６００において
垂直なバンドとして現れる。なぜなら、ビット平面３５０２は、異なる水平空間周波数を有する垂直なオンおよびオフストライプを形成するからである。しかし、ビット平面３５０２が異なる垂直空間周波数を有する水平オンおよびオフストライプを形成する場合、アーチファクト３６０２は、水平バンドになる。
垂直なバンドとして現れる。なぜなら、ビット平面３５０２は、異なる水平空間周波数を有する垂直なオンおよびオフストライプを形成するからである。しかし、ビット平面３５０２が異なる垂直空間周波数を有する水平オンおよびオフストライプを形成する場合、アーチファクト３６０２は、水平バンドになる。
【0143】
図３７は、アーチファクト３６０２の存在を低減するために本明細書の実施形態とともに使用し得るランダム化ビット平面シーケンスの一部を形成するランダム化ビット平面３７００の一例を示す。図３８は、ランダム化ビット平面シーケンスがＤＭＤ２００を制御して１映像フレームを表示するときに１映像フレームがどのように現れるかを示す再構成フレーム３８００を示す。再構成フレーム３６００と比較して、再構成フレーム３８００におけるアーチファクトの視認性が大きく低減されるという利点がある。以下の説明においては、図３７および３８を参照する。
【0144】
ランダム化ビット平面シーケンスは、２n－１個のランダム化ビット平面から形成され
る。ランダム化ビット平面３７００は、そのうちの一例である。２n－１個のランダム化
ビット平面は、見た目が同様（必ずしも同一でなくてもよい）であるので、図３７では、分かりやすくするために１つだけを示す。図３５のビット平面３５０２のように、白色ビットは、ＤＭＤ２００の対応するマイクロミラー２０２がオンであることを示し、黒色ビットは、ＤＭＤ２００の対応するマイクロミラー２０２がオフであることを示す。ビット平面３５０２の時間間隔が２のべき乗によって増加するビット平面シーケンス３５００と異なり、２n－１個のランダム化ビット平面のそれぞれは、同じ時間間隔Δｔを有する。
る。ランダム化ビット平面３７００は、そのうちの一例である。２n－１個のランダム化
ビット平面は、見た目が同様（必ずしも同一でなくてもよい）であるので、図３７では、分かりやすくするために１つだけを示す。図３５のビット平面３５０２のように、白色ビットは、ＤＭＤ２００の対応するマイクロミラー２０２がオンであることを示し、黒色ビットは、ＤＭＤ２００の対応するマイクロミラー２０２がオフであることを示す。ビット平面３５０２の時間間隔が２のべき乗によって増加するビット平面シーケンス３５００と異なり、２n－１個のランダム化ビット平面のそれぞれは、同じ時間間隔Δｔを有する。
【0145】
ランダム化ビット平面３７００におけるオンビットおよびオフビットのランダム割り当てによって、図３５に示すような異なる空間パターンをランダム化空間パターンに置き換え、それにより、フレームのすべての画素にわたって回折の効果が広がり、アーチファクト３６０２の視認性が低減されるので有利である。
【0146】
一実施形態において、ランダム化ビット平面シーケンスは、１フレームについて、２n
－１個のビット平面を初期化してすべてのビット平面のすべてのビットをオフにすることによって生成される。次いで、２n－１個のビット平面には、各画素について、その画素
についての２n－１個のビットの合計が対応する画素値を超えないことを確保しつつ、ラ
ンダムに値で埋める（ｐｏｐｕｌａｔｅ）（すなわち、ビットを「オン」に切り換える）。２n－１個のビット平面に値を埋めることは、フレーム内のどの画素についても、２n－１個のビットの合計が対応する画素値になると、停止する。
－１個のビット平面を初期化してすべてのビット平面のすべてのビットをオフにすることによって生成される。次いで、２n－１個のビット平面には、各画素について、その画素
についての２n－１個のビットの合計が対応する画素値を超えないことを確保しつつ、ラ
ンダムに値で埋める（ｐｏｐｕｌａｔｅ）（すなわち、ビットを「オン」に切り換える）。２n－１個のビット平面に値を埋めることは、フレーム内のどの画素についても、２n－１個のビットの合計が対応する画素値になると、停止する。
【0147】
上記のランダム化ビット平面シーケンスは、図３５のビット平面シーケンス３５００よりも多くのビット平面を有する。しかし、２つの方法を組み合わせてもよい。すなわち、ビット平面３５０２（すなわち、より短い時間間隔に対するビット平面）およびランダム化ビット平面のうちのいくつかを用いて、ハイブリッドビット平面シーケンスを形成してもよい。ただし、各画素について、ハイブリッドシーケンスにおけるすべてのビットの重み付け合計は、対応する画素レベルに等しい。加えて、ランダム化ビット平面シーケンスおよびハイブリッドビット平面シーケンスは、マイクロミラー２０２のディザリング（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ）など、出力パワーレベルを調整するための他の手法と組み合わせてもよい。
【0148】
ランダム化ビット平面シーケンスによって、画素応答が光学フィルタをＤＭＤ２００に使用しない場合に得られる画素応答よりも線形にならないことがあり得る。非線形画素応答は、ディスプレイデバイスにおいて、望ましいことがある。なぜなら、人間の視覚認識は、非線形処理であり、ランダム化ビット平面シーケンスによって導入される非線形性は、人間の視覚認識により近く一致するからである。非線形応答が望ましい場合は、投影シ
ステムがフレームをより認識しやすく表示するので、画素値を表すために使用されるビットの数を減らすことが可能であり得る。
ステムがフレームをより認識しやすく表示するので、画素値を表すために使用されるビットの数を減らすことが可能であり得る。
【0149】
ランダム化またはハイブリッドビット平面シーケンスから得られる利点は、ＤＭＤ２００を照射する入力光の品質に依存する。入力光が、例えば、高コヒーレンスかつ低エテンデュの単色レーザビームである場合は、入力光が高エテンデュかつ／または低コヒーレンスを有する場合（例えば、ランプからの光）と比較して、アーチファクト３６０２がより視認されやすい。したがって、ランダム化ビット平面シーケンスおよびハイブリッドビット平面シーケンスは、入力光が「高品質」である場合に、アーチファクト３６０２の視認性を低減するためにより重要となる。
【0150】
利点
本明細書において提示された実施形態は、追加のＤＭＤを用いることなくコントラスト比を増加させるという利点を有する。例えば、本明細書に開示のシステムおよび方法の代替として、コントラスト比は、複数段階変調、すなわち、直列に接続された２つ以上のＤＭＤを使用して、第１のＤＭＤからのオフ回折ビームを第２のＤＭＤによってブロックすることによって、増加させてもよい。コントラスト比を増加させる方法として、複数段階変調は、第２のＤＭＤおよび対応する電子部品によってデジタルプロジェクタのコストや複雑性が増加するという不利な点を有する。さらに、あるタイプのデジタルプロジェクタは、３つのＤＭＤ（赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれについて１つのＤＭＤ）を用いる。このタイプのデジタルプロジェクタにおいて、各カラーについて２つのＤＭＤを用いると、ＤＭＤの総数は、３から６に増え、コストおよび複雑性がさらに増加する。
本明細書において提示された実施形態は、追加のＤＭＤを用いることなくコントラスト比を増加させるという利点を有する。例えば、本明細書に開示のシステムおよび方法の代替として、コントラスト比は、複数段階変調、すなわち、直列に接続された２つ以上のＤＭＤを使用して、第１のＤＭＤからのオフ回折ビームを第２のＤＭＤによってブロックすることによって、増加させてもよい。コントラスト比を増加させる方法として、複数段階変調は、第２のＤＭＤおよび対応する電子部品によってデジタルプロジェクタのコストや複雑性が増加するという不利な点を有する。さらに、あるタイプのデジタルプロジェクタは、３つのＤＭＤ（赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれについて１つのＤＭＤ）を用いる。このタイプのデジタルプロジェクタにおいて、各カラーについて２つのＤＭＤを用いると、ＤＭＤの総数は、３から６に増え、コストおよび複雑性がさらに増加する。
【0151】
本明細書に提示された実施形態の別の利点は、光学的にフィルタリングされた投影光によって、フィルタリングされていない投影光と、投影光が投影されるスクリーンの周期的な穴との干渉によって生じるモアレパターンの発生が低減され得ることである。特に、光学フィルタリングは、投影光の高周波数成分を低減するように構成され、それにより、スクリーン上に現れるときの画素間のハードエッジを「平滑化」し得る。この平滑化は、投影光の周期強度と、スクリーンの周期穴とのうなり（ｂｅａｔｉｎｇ）を低減する。
【0152】
本明細書に提示される光学フィルタリングシステムおよび方法のさらなる利点は、光学フィルタリングによって、テキサスインスツルメンツ製のチルト・ロール（ｔｉｌｔ－ａｎｄ－ｒｏｌｌ）画素（ＴＲＰ）ＤＬＰチップを用いるデジタルプロジェクタのコントラスト比が増加され得ることである。ＴＲＰ ＤＬＰチップのマイクロミラーは、４５°の向きの軸（例えば、図２のマイクロミラー回転軸２０８）の周りで傾かない。これにより、他のタイプのＤＭＤチップと比較して、変調光は、オフ状態光（例えば、図６のオフ回折ビーム６０４）の回折次数がより明るくなるように、ＴＲＰチップから離れる方向に伝播し、これによりオフ光度を増加させ、コントラスト比を低減する。オフ光度を低減することによって、本明細書に提示された光学フィルタリングシステムおよび方法は、ＴＲＰチップが、デジタルシネマイニシアティブ（ＤＣＩ）仕様に準拠した投影などの高コントラスト比を要求するアプリケーション用のプロジェクタに含まれることを可能にするという利点がある。
【0153】
上記方法およびシステムは、本発明の範囲を逸脱せずに、変更され得る。したがって、上記記載の事項や添付の図面に示す事項は、例示として解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきでないことに留意されたい。以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載のすべての包括的な特徴および特定的な特徴を網羅することを意図し、かつ本方法およびシステムの範囲のすべての文言は、言語の問題として、以下の特許請求の範囲に含まれるといえる。
【0154】
本発明の様々な態様は、以下の列挙実施形態例（ｅｎｕｍｅｒａｔｅｄ ｅｘａｍｐｌｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ：ＥＥＥ）から理解され得る。
１．
空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを増加させるための光学フィルタであって、
前記空間光変調器からの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズであって、前記変調光は、複数の回折次数を有する、レンズと、
前記レンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクであって、前記レンズによって空間フーリエ変換された前記変調光のうちの少なくとも１つの回折次数を透過させ、前記変調光の残りの部分をブロックすることによって、前記変調光をフィルタリングするように構成された光学フィルタマスクと、
を備える、光学フィルタ。
２．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次数である、ＥＥＥ１に記載の光学フィルタ。
３．
前記光学フィルタマスクは、前記変調光の前記ゼロ次数を透過させるように構成された透過領域を有する、ＥＥＥ２に記載の光学フィルタ。
４．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次数および複数の第１の次数を備える、ＥＥＥ１に記載の光学フィルタ。
５．
前記光学フィルタマスクは、前記変調光のゼロ次数および前記変調光の前記第１の次数のうちの２つを透過させるように構成された透過領域を有する、ＥＥＥ４に記載の光学フィルタ。
６．
前記変調光は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである、ＥＥＥ１から５のいずれかに記載の光学フィルタ。
７．
コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムであって、
ＥＥＥ１から６のいずれかに記載の光学フィルタと、
空間光変調器を実装したデジタルマイクロミラーデバイスと、
を備える、変調器システム。
８．
コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムであって、
ＥＥＥ１から７のいずれかに記載の光学フィルタと、
前記光学フィルタマスクを透過した前記変調光の前記少なくとも１つの回折次数をコリメートする位置に配置されたコリメーティングレンズと、
を備える、変調器システム。
９．
コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムであって、
前記画像に応じて、それぞれ第１、第２、および第３の光を変調して、それぞれ第１、第２、および第３の変調光を生成するように構成された第１、第２、および第３の空間光
変調器と、
第１、第２、および第３の光学フィルタをそれぞれ形成する、３つの、ＥＥＥ１から６のいずれかに記載の光学フィルタであって、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させて、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光を生成し、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の残りの部分をブロックするように構成された、光学フィルタと、
前記第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光にするように構成されたビームコンバイナと、
を備える、変調器システム。
１０．
前記第１、第２、および第３の光学フィルタにそれぞれ対応する前記第１、第２、および第３の光学フィルタマスクのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数をそれぞれ透過させるように構成された少なくとも１つの透過領域を有する、ＥＥＥ９に記載の変調器システム。
１１．
前記第１、第２、および第３の空間光変調器のそれぞれは、デジタルマイクロミラーデバイスである、ＥＥＥ９またはＥＥＥ１０に記載の変調器システム。
１２．
前記第１、第２、および第３の光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ９から１１のいずれかに記載の変調器システム。
１３．
前記ビームコンバイナによって結合される前に、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光をコリメートする位置に設けられた第１、第２、および第３の出力レンズをさらに備える、ＥＥＥ９から１２のいずれかに記載の変調器システム。
１４．
前記出力光をスクリーンに投影するように構成されたプロジェクタレンズをさらに備える、ＥＥＥ９から１３のいずれかに記載の変調器システム。
１５．
コントラストが増加した画像を生成するための時間多重変調器システムであって、
前記画像に応じて、時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを含む時間多重変調光にするように構成された空間光変調器と、
前記時間多重変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズと、
前記フーリエ面に位置し、複数の光学フィルタマスクを備えるフィルタホイールであって、各光学フィルタマスクは、前記レンズによって空間的にフーリエ変換された前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つの変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させ、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つの変調光の残りの部分をブロックすることにより、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つの変調光をフィルタリングするように構成され、前記フィルタホイールは、前記時間多重変調光が前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つである場合に、各光学フィルタマスクが前記フーリエ面における前記時間多重変調光の中に位置するように、前記時間多重変調光に同期して回転するように構成された、フィルタホイールと、
を備える、時間多重変調器システム。
１６．
前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである、ＥＥＥ１５に記載の時間多重変調器システム。
１７．
前記複数の光学フィルタマスクは、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光をフィルタリングするように構成された３つの光学フィルタマスクである、ＥＥＥ１５またはＥＥＥ１６に記載の時間多重変調器システム。
１８．
前記複数の光学フィルタマスクは、３セットの光学フィルタマスクであり、ｎは、正の整数であり、前記３セットのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれ対応する１つをフィルタリングするように構成されている、ＥＥＥ１５から１７のいずれかに記載の時間多重変調器システム。
１９．
第１の光学フィルタマスクは、前記第１の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有し、第２の光学フィルタマスクは、前記第２の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有し、第３の光学フィルタマスクは、前記第３の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有する、ＥＥＥ１７に記載の時間多重変調器システム。
２０．
前記第１、第２、および第３の変調光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ１９に記載の時間多重変調器システム。
２１．
前記フィルタホイールは、各光学フィルタマスクが前記時間多重変調光の中に位置するときに停止するように、不均一に回転するようにさらに構成されている、ＥＥＥ２０に記載の時間多重変調器システム。
２２．
前記フィルタホイールを透過した前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれの前記少なくとも１つの回折次数をスクリーンに投影するように構成されたプロジェクタレンズをさらに備える、ＥＥＥ２１に記載の時間多重変調器システム。
２３．
空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを向上させる方法であって、
前記空間光変調器からの変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するステップであって、前記変調光は、複数の回折次数を有する、ステップと、
前記変調光の少なくとも１つの回折次数を前記フーリエ面において透過させ、前記変調光の残りの部分を前記フーリエ面においてブロックすることによって、前記変調光をフィルタリングするステップと、
を含む、方法。
２４．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数である、ＥＥＥ２３に記載の方法。
２５．
前記透過させるステップは、前記ゼロ次回折次数に光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップを含む、ＥＥＥ２４に記載の方法。
２６．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数および複数の第１の次数を含む、ＥＥＥ２３に記載の方法。
２７．
前記透過させるステップは、前記ゼロ次回折次数および前記複数の第１の回折次数に光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップを含む、ＥＥＥ２６に記載の方法。
２８．
前記変調光は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである、ＥＥＥ２３から２７のいずれかに記載の方法。
２９．
前記空間光変調器の複数のマイクロミラーを操作して、前記変調光を生成するステップをさらに含む、ＥＥＥ２３から２８のいずれかに記載の方法。
３０．
前記透過させるステップの後で、前記変調光の前記少なくとも１つの回折次数をコリメートするステップをさらに含む、ＥＥＥ２３から２９のいずれかに記載の方法。
３１．
コントラストが増加したカラー画像を投影するための方法であって、
前記画像に応じて、第１、第２、および第３の入力光を空間的に変調して、それぞれ第１、第２、および第３の変調光を生成するステップであって、前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれは、複数の回折次数を有する、ステップと、
それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させ、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の残りの部分をブロックすることによって、前記第１、第２、および第３の変調光をフィルタリングして、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光にするステップと、
前記第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光にするステップと、
を含む、方法。
３２．
前記第１、第２、および第３の入力光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ３１に記載の方法。
３３．
前記出力光をスクリーンに投影するステップをさらに含む、ＥＥＥ３１またはＥＥＥ３２に記載の方法。
３４．
コントラストが増加した画像を生成し、投影するための時間多重方法であって、
前記画像に応じて、空間光変調器を用いて時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを含む時間多重変調光を生成するステップと、
レンズを用いて前記時間多重変調光を空間的にフーリエ変換するステップと、
フィルタホイールを前記時間多重変調光に同期して回転させることによって前記時間多
重変調光をフィルタリングするステップであって、前記フィルタホイールは、複数の光学フィルタマスクを含み、各光学フィルタマスクは、前記レンズによって空間的にフーリエ変換された前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つをフィルタリングするように構成され、前記回転させるステップは、各光学フィルタマスクを、前記時間多重変調光が前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つであるときに、前記レンズのフーリエ面において前記時間多重変調光の中に位置させるステップを含む、ステップと、
を含む、方法。
３５．
前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである、ＥＥＥ３４に記載の時間多重変調器システム。
３６．
前記複数の光学フィルタマスクは、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光をフィルタリングするように構成された３つの光学フィルタマスクである、ＥＥＥ３４またはＥＥＥ３５に記載の方法。
３７．
前記複数の光学フィルタマスクは、３セットの光学フィルタマスクであり、ｎは、正の整数であり、前記３セットのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれ対応する１つをフィルタリングするように構成されている、ＥＥＥ３４から３６のいずれかに記載の方法。
３８．
前記フィルタリングするステップは、
前記第１の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数に第１の光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップと、
前記第２の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数に第２の光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップと、
前記第３の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数に第３の光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップと、
を含む、
ＥＥＥ３６に記載の方法。
３９．
前記第１、第２、および第３の変調光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ３６またはＥＥＥ３８に記載の方法。
４０．
前記回転させるステップは、不均一に回転させ、各光学フィルタマスクが前記時間多重変調光の中に位置するときに停止させるステップをさらに含む、ＥＥＥ３６、ＥＥＥ３８、またはＥＥＥ３９に記載の方法。
４１．
前記フィルタリングするステップの後に、前記フィルタリングされた時間多重変調光をスクリーンに投影するステップをさらに含む、ＥＥＥ３６、ＥＥＥ３８、ＥＥＥ３９、またはＥＥＥ４０に記載の方法。
１．
空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを増加させるための光学フィルタであって、
前記空間光変調器からの変調光を空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズであって、前記変調光は、複数の回折次数を有する、レンズと、
前記レンズのフーリエ面に位置する光学フィルタマスクであって、前記レンズによって空間フーリエ変換された前記変調光のうちの少なくとも１つの回折次数を透過させ、前記変調光の残りの部分をブロックすることによって、前記変調光をフィルタリングするように構成された光学フィルタマスクと、
を備える、光学フィルタ。
２．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次数である、ＥＥＥ１に記載の光学フィルタ。
３．
前記光学フィルタマスクは、前記変調光の前記ゼロ次数を透過させるように構成された透過領域を有する、ＥＥＥ２に記載の光学フィルタ。
４．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次数および複数の第１の次数を備える、ＥＥＥ１に記載の光学フィルタ。
５．
前記光学フィルタマスクは、前記変調光のゼロ次数および前記変調光の前記第１の次数のうちの２つを透過させるように構成された透過領域を有する、ＥＥＥ４に記載の光学フィルタ。
６．
前記変調光は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである、ＥＥＥ１から５のいずれかに記載の光学フィルタ。
７．
コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムであって、
ＥＥＥ１から６のいずれかに記載の光学フィルタと、
空間光変調器を実装したデジタルマイクロミラーデバイスと、
を備える、変調器システム。
８．
コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムであって、
ＥＥＥ１から７のいずれかに記載の光学フィルタと、
前記光学フィルタマスクを透過した前記変調光の前記少なくとも１つの回折次数をコリメートする位置に配置されたコリメーティングレンズと、
を備える、変調器システム。
９．
コントラストが増加した画像を生成するための変調器システムであって、
前記画像に応じて、それぞれ第１、第２、および第３の光を変調して、それぞれ第１、第２、および第３の変調光を生成するように構成された第１、第２、および第３の空間光
変調器と、
第１、第２、および第３の光学フィルタをそれぞれ形成する、３つの、ＥＥＥ１から６のいずれかに記載の光学フィルタであって、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させて、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光を生成し、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の残りの部分をブロックするように構成された、光学フィルタと、
前記第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光にするように構成されたビームコンバイナと、
を備える、変調器システム。
１０．
前記第１、第２、および第３の光学フィルタにそれぞれ対応する前記第１、第２、および第３の光学フィルタマスクのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数をそれぞれ透過させるように構成された少なくとも１つの透過領域を有する、ＥＥＥ９に記載の変調器システム。
１１．
前記第１、第２、および第３の空間光変調器のそれぞれは、デジタルマイクロミラーデバイスである、ＥＥＥ９またはＥＥＥ１０に記載の変調器システム。
１２．
前記第１、第２、および第３の光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ９から１１のいずれかに記載の変調器システム。
１３．
前記ビームコンバイナによって結合される前に、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光をコリメートする位置に設けられた第１、第２、および第３の出力レンズをさらに備える、ＥＥＥ９から１２のいずれかに記載の変調器システム。
１４．
前記出力光をスクリーンに投影するように構成されたプロジェクタレンズをさらに備える、ＥＥＥ９から１３のいずれかに記載の変調器システム。
１５．
コントラストが増加した画像を生成するための時間多重変調器システムであって、
前記画像に応じて、時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを含む時間多重変調光にするように構成された空間光変調器と、
前記時間多重変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するように構成されたレンズと、
前記フーリエ面に位置し、複数の光学フィルタマスクを備えるフィルタホイールであって、各光学フィルタマスクは、前記レンズによって空間的にフーリエ変換された前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つの変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させ、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つの変調光の残りの部分をブロックすることにより、前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つの変調光をフィルタリングするように構成され、前記フィルタホイールは、前記時間多重変調光が前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つである場合に、各光学フィルタマスクが前記フーリエ面における前記時間多重変調光の中に位置するように、前記時間多重変調光に同期して回転するように構成された、フィルタホイールと、
を備える、時間多重変調器システム。
１６．
前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである、ＥＥＥ１５に記載の時間多重変調器システム。
１７．
前記複数の光学フィルタマスクは、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光をフィルタリングするように構成された３つの光学フィルタマスクである、ＥＥＥ１５またはＥＥＥ１６に記載の時間多重変調器システム。
１８．
前記複数の光学フィルタマスクは、３セットの光学フィルタマスクであり、ｎは、正の整数であり、前記３セットのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれ対応する１つをフィルタリングするように構成されている、ＥＥＥ１５から１７のいずれかに記載の時間多重変調器システム。
１９．
第１の光学フィルタマスクは、前記第１の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有し、第２の光学フィルタマスクは、前記第２の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有し、第３の光学フィルタマスクは、前記第３の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数を透過させるように構成された透過領域を有する、ＥＥＥ１７に記載の時間多重変調器システム。
２０．
前記第１、第２、および第３の変調光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ１９に記載の時間多重変調器システム。
２１．
前記フィルタホイールは、各光学フィルタマスクが前記時間多重変調光の中に位置するときに停止するように、不均一に回転するようにさらに構成されている、ＥＥＥ２０に記載の時間多重変調器システム。
２２．
前記フィルタホイールを透過した前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれの前記少なくとも１つの回折次数をスクリーンに投影するように構成されたプロジェクタレンズをさらに備える、ＥＥＥ２１に記載の時間多重変調器システム。
２３．
空間光変調器を用いて生成された画像のコントラストを向上させる方法であって、
前記空間光変調器からの変調光をフーリエ面上に空間的にフーリエ変換するステップであって、前記変調光は、複数の回折次数を有する、ステップと、
前記変調光の少なくとも１つの回折次数を前記フーリエ面において透過させ、前記変調光の残りの部分を前記フーリエ面においてブロックすることによって、前記変調光をフィルタリングするステップと、
を含む、方法。
２４．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数である、ＥＥＥ２３に記載の方法。
２５．
前記透過させるステップは、前記ゼロ次回折次数に光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップを含む、ＥＥＥ２４に記載の方法。
２６．
前記少なくとも１つの回折次数は、ゼロ次回折次数および複数の第１の次数を含む、ＥＥＥ２３に記載の方法。
２７．
前記透過させるステップは、前記ゼロ次回折次数および前記複数の第１の回折次数に光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップを含む、ＥＥＥ２６に記載の方法。
２８．
前記変調光は、赤色光、緑色光、および青色光のうちの１つである、ＥＥＥ２３から２７のいずれかに記載の方法。
２９．
前記空間光変調器の複数のマイクロミラーを操作して、前記変調光を生成するステップをさらに含む、ＥＥＥ２３から２８のいずれかに記載の方法。
３０．
前記透過させるステップの後で、前記変調光の前記少なくとも１つの回折次数をコリメートするステップをさらに含む、ＥＥＥ２３から２９のいずれかに記載の方法。
３１．
コントラストが増加したカラー画像を投影するための方法であって、
前記画像に応じて、第１、第２、および第３の入力光を空間的に変調して、それぞれ第１、第２、および第３の変調光を生成するステップであって、前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれは、複数の回折次数を有する、ステップと、
それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の少なくとも１つの回折次数を透過させ、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光の残りの部分をブロックすることによって、前記第１、第２、および第３の変調光をフィルタリングして、それぞれ第１、第２、および第３のフィルタ光にするステップと、
前記第１、第２、および第３のフィルタ光を結合して、出力光にするステップと、
を含む、方法。
３２．
前記第１、第２、および第３の入力光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ３１に記載の方法。
３３．
前記出力光をスクリーンに投影するステップをさらに含む、ＥＥＥ３１またはＥＥＥ３２に記載の方法。
３４．
コントラストが増加した画像を生成し、投影するための時間多重方法であって、
前記画像に応じて、空間光変調器を用いて時間多重光を変調して、第１、第２、および第３の変調光の繰り返しシーケンスを含む時間多重変調光を生成するステップと、
レンズを用いて前記時間多重変調光を空間的にフーリエ変換するステップと、
フィルタホイールを前記時間多重変調光に同期して回転させることによって前記時間多
重変調光をフィルタリングするステップであって、前記フィルタホイールは、複数の光学フィルタマスクを含み、各光学フィルタマスクは、前記レンズによって空間的にフーリエ変換された前記第１、第２、および第３の変調光のうちの対応する１つをフィルタリングするように構成され、前記回転させるステップは、各光学フィルタマスクを、前記時間多重変調光が前記第１、第２、および第３の変調光のうちの前記対応する１つであるときに、前記レンズのフーリエ面において前記時間多重変調光の中に位置させるステップを含む、ステップと、
を含む、方法。
３５．
前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである、ＥＥＥ３４に記載の時間多重変調器システム。
３６．
前記複数の光学フィルタマスクは、それぞれ前記第１、第２、および第３の変調光をフィルタリングするように構成された３つの光学フィルタマスクである、ＥＥＥ３４またはＥＥＥ３５に記載の方法。
３７．
前記複数の光学フィルタマスクは、３セットの光学フィルタマスクであり、ｎは、正の整数であり、前記３セットのそれぞれは、前記第１、第２、および第３の変調光のそれぞれ対応する１つをフィルタリングするように構成されている、ＥＥＥ３４から３６のいずれかに記載の方法。
３８．
前記フィルタリングするステップは、
前記第１の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数に第１の光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップと、
前記第２の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数に第２の光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップと、
前記第３の変調光のゼロ次回折次数および複数の１次回折次数に第３の光学フィルタマスクの透過領域を透過させるステップと、
を含む、
ＥＥＥ３６に記載の方法。
３９．
前記第１、第２、および第３の変調光は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光である、ＥＥＥ３６またはＥＥＥ３８に記載の方法。
４０．
前記回転させるステップは、不均一に回転させ、各光学フィルタマスクが前記時間多重変調光の中に位置するときに停止させるステップをさらに含む、ＥＥＥ３６、ＥＥＥ３８、またはＥＥＥ３９に記載の方法。
４１．
前記フィルタリングするステップの後に、前記フィルタリングされた時間多重変調光をスクリーンに投影するステップをさらに含む、ＥＥＥ３６、ＥＥＥ３８、ＥＥＥ３９、またはＥＥＥ４０に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【外国語明細書】