CN101473643A - 入射光流的强度分布 - Google Patents

Abstract

用控制从一个光源到一个反射镜的投射光强度分布，进而协调偏转面镜的中间状态控制，获得了额外的控制灵活性，以对图像显示系统产生更多的灰度级。控制光源强度分布能给入射光以广泛的强度分布变化范围，包括非均匀，对称的，非对称的，不同的偏振分布，各式各样的入射光横截面形状以及所有上述变化的其它组合。用优化入射光的强度分布同样能得到更稳定的和更精细的灰度级控制，以产生图像显示的最佳视觉效果。

Description

入射光流的强度分布

技术领域

本发明所涉及的是图像显示系统，更特别的是，本发明所述显示系统具有用以投射入射光流的可控强度分布的光源，以用于控制图像显示灰度级。

背景技术

近年来尽管在实现作为空间光调制器的电子机械微镜装置技术方面获得了一些长足的进展，然而要提供高质量的图像显示仍然存在一些限制和困难，尤其是当显示图像是由数控而成时，该图像的质量则会受到图像显示缺乏足够的灰度级个数的不良影响。

电子机械微镜装置，由于其应用作为空间光调制器(SLMs)而一直受到相当的重视。空间光调制器需要一个较为大数目的微镜的阵列。一般说来，每一个空间光调制器所需的器件数目的范围在60,000到几百万个。请参阅图1A，所示为在一个相关的美国专利5,214,420中公开的数字视频系统1，它包括一个显示屏2。光源10用以产生光能，以便显示屏2有基本的照明。形成的光9则进而由面镜11会聚集并投向透镜12。透镜12，13和14构成光束聚光器，把光9聚会成柱光8。空间光调制器15由计算机19通过数据线18上传输的数据控制，可选择路径7上的光的一部分投向透镜5以显示在光屏2上。空间光调制器15具有表面16，它包括一个转换反射元件阵列，例如微镜装置32，诸如作为反射元件的元件17，27，37和47附在铰链30上，如图1B所示。当元件17位于一个位置，光路7的一部分光改沿光路6投至透镜5，在这里它被放大或延展于光路4以射向显示屏2，从而形成被照明的像素3。当元件17处于另一位置，光不改向，不投射于显示屏2，从而像素3则为黑暗。

这种在专利5,214,420中实现并应用于多数常规显示系统的微镜控制方案的接通和断开状态对于显示的质量有所限制。尤其是，当应用一般的控制电路配置时具有的局限性是这样的，一般系统的灰度级(在接通和断开状态之间的脉宽调制(PWM))受限于LSB(最低有效位，或最小脉宽)。由于在一般系统中实现的接通-断开状态，无法提供比LSB更短些的脉宽。最小的亮度，它决定了灰度级，是在最小脉宽内反射的光。该受到限制的灰度级会导致不良图像显示。

具体地说，图1C所示为按照专利5,285,407用于微镜现有的控制电路的一个示例电路图。该控制电路包括一个记忆单元32。各个晶体管均有名称“M^*”，其上的^*表示一个晶体管号数，而每一晶体管都是一个绝缘栅场效应晶体管。晶体管M5和M7是P沟道晶体管，晶体管M6，M8和M9为N沟道晶体管。电容C1和C2表示的是加在记忆元件32上的电容性负载。记忆单元32包括一个存取开关晶体管M9和一个锁存器32a，它是静态随机存贮器(SRAM)设计的依据。在一行中的全部存取晶体管M9从各个不同的比特线31a都接收一个数据信号。将该被写入的特定记忆单元32是通过接通适宜行的选择晶体管M9进行存取，用该列的信号功能作为字线。锁存器32a由两个交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8构成，它允许两个稳定态，状态1的节点A高，而节点B低；状态2的节点B高，节点A低。

如所示的用控制电路实现的二重状态开关能控制微镜的位置或是在一个接通的角取向或是在一个断开的角取向，如图1A所示。对于数字控制图像系统的显示的亮度，即灰度，它是由微镜处于接通位置的时间长度决定的。微镜被控制在接通位置的时间长度则由多重比特字控制。为便于说明，图1D示出用一个4比特字控制时的“二进制时间间隔”。如在图1D中所示，那些时间段具有相关的值1，2，4，8，这些值则又确定对此4个比特的每一个的相关亮度，其中1对应的是最小有效比特，而8对应的是最大有效比特。根据所示的控制机构，在表示不同亮度的灰度级之间，其最小的可控差别是一个由把微镜保持在接通位置的“最小有效比特”所代表的亮度。

当邻近的图像像素由于一个只能很粗糙调控的灰度级以高度不同的灰度级示出时，在这些邻接的图像像素之间就会出现生成假像。这将导致图像的劣化。当在邻近的图像像素之间存在“较大间隙”的灰度级时，这种图像劣化在显示的明亮区域则尤为突出。曾对一位女模的图像观察到，在其上额，鼻的侧面和上臂有生成假像出现。这些假像的产生是由于数字控制的显示不能提供足够灰度级的技术局限性。在显示的那些亮点，例如该女模的前额，鼻的侧面和上臂，邻近的像素在可见的光强间隙下被显示。

当微镜被控制具有一完整的接通与完整的断开位置时，光的强度则由微镜处于完整接通位置的时间长度所决定。为增加显示灰度级的数目，微镜的速度必须增加到使得数字控制信号能增加到一个较高的比特数。然而，当微镜的速度增加时，就必须有一个高强度的铰链以使该铰链能承受对于指定的操作寿命所要求的操作周期数目。为驱动支撑于进一步增强的铰链上的微镜，则需要较高的电压。该较高的电压可能超过20V且甚至高达30V。应用CMOS工艺的微镜制造则可能不适宜于这样高压范围的工作，因而就可能需要DMOS微镜装置。为达到较高的灰度级控制，当DMOS微镜器件实现时，就必须有更为复杂的制作工艺和更大的器件面积。常规模式的微镜控制正面临一个技术挑战，这就是由于操作电压的限制，灰度级的精确性要求必须做出牺牲，以得到较小的且较便宜的微镜显示。

现在有许多涉及光强度控制的专利。这些专利包括美国专利5,589,852 6,232,963 6,592,227 6,648,476和6,819,064。还有一些关于各种各样光源的专利和专利申请。这些专利包括美国专利5,442,414 6,036,318和专利申请20030147052。美国专利6,746,123公开了一些防止光损耗的特种偏振光光源。不过，这些专利和专利申请并未提供有效的解决方法来克服数字控制图像显示系统中由于灰度级不充分而引起的局限性。

此外，还有许多关于空间光调制的专利，其中包括美国专利2,025,143 2,682,010 2,681,423 4,087,810 4,292,732 4,405,209 4,454,541 4,592,628 4,767,192 4,842,396 4,907,862 5,214,420 5,287,096 5,506,597和5,489,952。然而，这些发明并未对本领域技术人员克服上述局限性与困难作出说明并提供直接解决方案。

所以，在应用作为空间光调制器的微镜阵列的数字控制的图像显示系统的技术中，仍然存在提供新的并予以改进的系统的需要，从而使得上述困难能被克服。

发明内容

本发明所述是对于光源进行控制以投射入射光，且该入射光在入射光流中具有预先确定的光强分布。控制入射光强度分布的目的是使这样的分布与具有中间状态控制的空间光调制器(SLMs)相协调，用以提供更为灵活的可控显示的灰度级。这种附加灰度级的显示的控制和产生的实现并不要求微镜振荡有更高的速度，从而能维持低的操作电压。

在另一方面，本发明提供了一个具有新的且改进的显示的投射装置，所述显示的灰度级通过控制输入光光源，来提供可控的光强分布或入射光流投射形状的多式多样而得以增加。不均性或不对称的光强和入射光横截面的形状处在入射光光学系统的光瞳上，并非处在SLM的面上。如果该入射光在SLM上并不均匀，则在屏上的投射图像就不是一个均匀图像。

另一方面，本发明通过投射非均匀的入射光或多种形状的入射光横截面于沿一光路的光瞳上而提供一个投射装置。借助于控制光强分布或入射光横截面的形状，显示的灰度级能成为可控的，来投射在邻近的像素之间亮度差异更精细的标度，具有附加的可控状态以提供完全接通状态的一小部分亮度进行显示。这样，由具有巨大灰度级间隙的邻近像素引发的在显示器上出现的不良生成影像就能够明显减少。

还有另外一方面，本发明通过提供一个特别构造的光源而提供一个控制入射光的形状和强度分布的方法。再者，该方法包含一个调整入射光的形状与强度分布与微镜装置阵列相一致的步骤。简单的说，微镜能在一相反的方向振荡或在微镜完成一个完整振荡周期之前停止。借助于这种控制的灵活性和对于中间振荡状态期间中图像显示的部分亮度就提供了附加的灵活性，以对每个图像像素的灰度级进行精细的调整，尤其是对高亮度的显示区域，那里的灰度级差别由于光投射的高强度而相应的被放大，则更是如此。

本发明的这些与其它一些目的和优点对于本领域技术人员而言，在阅读过以下优选实施方式的详细说明之后，无疑将会十分清楚，该优选实施方式在各个绘图中予以说明。

附图说明

下面对本发明进行详细描述，可参照下列各图。

图1A和1B是在现有的技术专利中公开的作为用于常规显示系统的数字视频显示系统的空间光调制器的微镜阵列的一部分的功能方框图和俯视图。

图1C是用以说明用于控制微镜定位在空间光调制器的接通和断开状态的现有技术线路的线路图。

图1D是说明关于4个比特灰度级的二进制时间间隔的图形。

图2包括一些图，用以说明入射光的各种形状和强度分布，与SLM的偏转面镜相一致，从而当偏转面镜运动到各个角位置时可产生图像的光强分布。

图3包含一些附加的图，用以说明入射光的各种形状和强度分布，与SLM的偏转面镜相一致，从而当偏转面镜运动到各个角位置时可产生图像的光强分布。

图4所示是一投射装置，其中当该光学装置位于照明的图像处或在接近照明时，其扩散或发散特性是不均匀的。

图5A与5B所示为投射装置，其照明投射是来自复眼透镜(fly-eyelens)，所述复眼透镜(fly-eye lens)包括多个微透镜且每个微透镜均能被控制或被构造成为具有不同的光学特性。

图6A、6B和6C说明照明光学设备的具体构造例子。

图7A，7B，7C，7D和7E说明用于改变光源的光学位置的构造例子。

图8A和8B所示为投射装置，处于通过光发射元件阵列实现的入射光光强分布的控制，其中每一个光发射元件均被控制为接通或断开以控制光强分布。

图9A至9C所示为投射装置，其利用一个或数个光源来产生可控的光强分布，在投射光学器件的光圈处可以是非均匀的分布。

图10A、10B和10C说明当从多个子光源获得多数个照明光流时的光源的构造例子。

图11所示为另一个用可控时间调制的光集聚器实现的光源。

图12A与12B所示的是投射装置，它应用旋转光衰减器来控制光强度分布。

图13A与13B所示为可转动的偏振透镜，具有不同的沿竖直与水平轴的偏振以控制入射光强度。

具体实施方式

参阅图2和3，以说明依据本发明的第一个实施例的工作原理。该第一个实施例为一个投射装置，用一个偏转型空间光调制器放置在照明的光路上，且该光路在光瞳(pupil)，光圈(iris)或光阑(stop)处具有非均匀的光分布以达到最佳灰度级，从而使入射光的变化为最佳以完成灰度级的改进。

在图2和3中，显示系统(1)示意性地说明了按照这个实施例的投射装置的构造。这个投射装置包含：光源41；照明光学设备42，诸如聚光器透镜等，用于聚集并指引来自光源41的光；面镜43，用于把来自照明光学设备42的光反射到偏转型空间光调制器(此后即用“SLM”表示)；一个控制单元45，用来基于输入信号控制SLM 44的每一偏转面镜(44a等)的偏转角保持操作和振荡操作，以将所期望的光量引向投射光学器件46的光瞳46a；该SLM 44用来实现在控制单元45的控制下完成每一偏转面镜的偏转角保持操作或振荡操作，并且用来反射光(照明光)使入射到每一偏转面镜；投射光学器件46则用于投射来自SLM 44的反射光，以及等等。该偏转面镜也被称作一个面镜元件。

另外，正如此后将要详细描述的，在这个投射装置中，该光源41和/或该照明光学设备42被构造成能使照明光的强度分布或平均的光量在对SLM 44的每个偏转面镜(44a等)的入射NA(数值孔径)范围之内成为非均匀的，并且/或照明光流的横截面所成的形状在这个范围之内并非以照明光的光学轴为中心的实心圆。

此外，显示系统(1)表示光源41把光投射至面镜43以把光反射至由控制单元45控制的SLM 44，以把该入射光偏转至投射光学器件46的光圈46a。

在图2与图3中，显示构造(2)至(5)示意性地表明按照本发明实施例的投射装置的部分构造。不过，代表偏转面镜44a例如在(2)至(5)中的角位置的面镜状态，不同于投射构造(1)中的情况。

更详细些，在图2和图3的(1)中的面镜状态代表偏转面镜44a的状态，此时从偏转面镜44a反射的光的光轴与该投射光学器件46的光轴相一致。

图2的(2)中的面镜状态代表的是偏转面镜44a的状态，此时偏转面镜44a上反射光的光轴从该投射光学器件46的光轴向着图2的右侧平行于该图的纸面偏斜一个角度θ₁。

在图2和图3的(3)中，该面镜状态代表偏转面镜44a的状态，此时在偏转面镜44a上反射光的光轴从该投射光学器件46的光轴向着图2和图3的右侧平行于图的纸面偏斜一个角度θ₂(θ₁<θ₂)。

在图2和图3的(4)中，该面镜状态代表偏转面镜44a的状态，此时在偏转面镜44a上反射光的光轴从该投射光学器件46的光轴向着图2和图3的右侧平行于图的纸面偏斜一个角度θ₃(θ₂<θ₃)。

在图3的(5)中，该面镜状态代表偏转面镜44a的状态，此时在偏转面镜44a上反射光的光轴在图的纸面的竖直方向上从该投射光学器件46的光轴向着图3的纵深侧偏斜一个角度θ₁。

这就是说，(2)(3)(4)和(5)所示的是在SLM 44的偏转面镜44a运动至不同的偏转角度时从SLM 44上所偏转的光。

另外，(1)代表一个完全接通位置，在这个位置整个入射光被投射到投射光学器件46的光圈46a上以进行图像显示，而(2)(3)和(5)代表中间的状态，以及(4)则代表完全断开的位置。

参看图2中(A-1)至(A-4)所示是关于光圈46a处的光强分布，其中入射光为圆形，正如当SLM 44的偏转面镜44a处于完全接通位置时在(A-1)中所示的那样。当SLM 44的偏转面镜44a振荡至不同的角位置时，在光圈46a处投射光的形状会逐渐改变，如(A-2)，(A-3)和(A-4)中所示，而当SLM 44的偏转面镜44a从完全接通的位置到完全断开的位置按照(A-1)至(A-4)所示的那样运动至不同的位置时，光强变化则示于图2的(A-ML)中。

(A-1)至(A-4)表示出来自在(1)至(4)中的面镜状态的偏转面镜44a的反射光流和光瞳46a，该反射光流的横截面用粗线示出。此外，(A-1)与(A-2)也表示了该反射光流横截面上的强度分布，并遮蔽着包含于光瞳46a之内的一个区域。在(A-1)至(A-4)中所示的例子是一些在如此情形下实现的例子，此时的光例如是这样入射至偏转面镜44a的，其反射光流的横截面与(1)的面镜状态中的光瞳46a位置中的光瞳46a相一致，并且得到的光分布47作为在那个位置的光强度分布为正态分布，如(A-1)中所示。此处，强度分布47在接近平行于反射光的光轴的运动方向的方向上也是不均匀的分布，这随着面镜状态的改变而改变。(A-ML)表示的是当面镜状态从(1)改变至(4)时在光瞳46a中的光强。

参看图2中(B-1)至(B-4)所示的关于非圆形的椭圆形状的入射光的情形。图2中所示的(B-ML)清楚的表明此时光强具有不同于(A-ML)所示那样的分布。因此，通过改变入射光的形状，在偏转面镜44a运动至不同的角位置时的光的强度分布能够得以调整。

同样，(B-1)至(B-4)分别表示了在(1)至(4)的面镜状态中从偏转面镜44a的反射光流与光瞳46a，并且用粗线表示反射光流的横截面。此外，(B-1)与(B-2)也表示了该反射光流横截面上的强度分布，并遮蔽着包含于光瞳46a之内的一个区域。在(B-1)至(B-4)中所示的例子是一些光在如下情形中实现的例子，光例如这样入射至偏转面镜44a，其反射光流的横截面具有一个包含着在(1)的面镜状态中的光瞳46a位置的光瞳46a的椭圆形状，其长轴的方向平行于反射光光轴运动的方向，这随着面镜状态的变化而改变，而得到的作为在该光瞳46a位置处的光强分布的分布48是正态分布，如(B-1)中所示。此处，强度分布48在沿着接近平行于反射光光轴运动方向的方向上也分布得不均匀，这随着面镜状态的改变而改变。(B-ML)代表当本例中面镜状态从(1)改变至(4)时光瞳46a中的光强。正如由(B-ML)所示出的，光强的倾斜随面镜状态的改变而改变，其可以变得和缓，而偏转面镜偏转角的范围可以增大，在此范围内可获得微量输出光。结果，譬如当构成该偏转面镜的部件(如铰链等)的制造中有所变化时造成面镜的偏转角发生起伏时，光强的变化程度可以被减小。因此，偏转面镜控制所需的精度可以降低。

同样，在图2中所示的(C-1)至(C-4)，入射光强度具有非对称的分布，并且，当偏转面镜44a经过在完全接通与完全断开位置之间的中间状态运动时，如图2中(C-ML)所示的投射光强度具有不同的改变。这种入射光强度分布容许附加的振荡控制周期，这是因为这些中间状态有较低的图像光强度。这样，该入射光强度就能保证对较大的灰度级数目实现附加的中间状态灰度级控制的灵活性。

以同样的方式，(C-1)至(C-4)分别表示(1)至(4)的面镜状态中来自偏转面镜44a的反射光流与光瞳46a，并且用粗线表示反射光流的横截面。此外，(C-1)和(C-2)也表示了该反射光流横截面上的强度分布，并遮蔽着包含于光瞳46a之内的一个区域。在(C-1)至(C-4)所示的例子是光在如下情形中实现的例子，光例如是这样入射于偏转面镜44a，其反射光流的横截面与(1)的面镜状态中光瞳46a位置处的光瞳46a相一致，并且得到作为在那个位置的光强分布的分布49，如(C-1)中所示，它向面镜处于(4)状态时的反射光的光轴方向倾斜。此处，强度分布49在沿着接近平行于反射光光轴运动方向的方向上也分布得不均匀，这随着面镜状态改变而改变。(C-ML)代表当面镜状态从(1)改变至(4)时光瞳46a中的光强。如上所述，光强分布像分布49那样有所倾斜，由此只要使偏转面镜44a从(1)的面镜状态向(4)的面镜状态稍为倾斜就能得到中间的光量。此外，光强分布的高强度点可进而移动离开光瞳46a，如(4)的面镜状态中的(C-4)中所示，这就能保证在完全断开时间的对比度得以改进。

图2中所示的(D-1)至(D-4)表示出入射光具有不规则双眼状强度分布，并且光强的变化如图2中的(D-ML)中所示的那样，当SLM44的偏转面镜44a从其完全接通位置振荡至其完全断开位置时其具有不同的变化。

同样，(D-1)至(D-4)分别表示(1)至(4)的面镜状态中来自偏转面镜44a的反射光流和光瞳46a，并且用粗线表示该反射光流的横截面。此外，(D-1)和(D-2)也表示在该反射光流横截面上光强的分布，并遮蔽一个包含于光瞳46a之内的区域。在(D-1)至(D-4)中所示的例子是一些光在如下情形中实现的例子，光例如这样入射于偏转面镜44a，其反射光流的横截面所呈现的形状是两个椭圆在反射光光轴运动的方向上串联排列着，它随着该面镜的状态(1)中面镜状态光瞳46a的位置的改变而改变，，得到作为光瞳46a与反射光流的横截面的形状相一致时的所在处的光强分布的分布50，如(D-1)中所示，其高强度的山形物连续排列在反射光光轴运动的方向上，它随着面镜状态的改变而改变。在这里，该反射光流横截面长轴的方向垂直于该反射光的光轴的运动方向，它随着该面镜状态的改变而改变。再者，该分布强度50也是一个在接近平行于该反射光光轴运动方向的方向上的非均匀的分布，它随着该面镜状态的改变而改变。(D-ML)表示的是本例中当面镜的状态从(1)改变至(4)时在光瞳46a中的光强。该光强度实现为如上所描述的分布50，借以提供在光强变化中的一个拐点，并且该光强度的改变在该拐点附近变得和缓。结果，就能得到一个稳定的中间光量。

由这些例子，清楚地说明了通过控制入射光的强度分布，就可以达到对改变图像显示强度的附加控制以形成附加的灰度级。正如在每个例子说明的，该控制单元45通过SLM 44能实现照明光的缺陷状态的多个状态控制，并且，这些例子实现了较大数量的灰度级投射，其办法是利用入射光在如前所述的最佳化偏转过程中到光路的改变把所期望的光强导入光路。也请注意，强度分布被移向断开的位置，使得SLM 44的偏转面镜44a只需用较小的运动就能实现中间的强度。光分布的顶点离开光圈46a的位置更远，而且这将改进断开位置的对比度。光强的顶点向该光轴的偏转方向移动。这将引起曲率的改变，而这种改变将使得中间状态较易于生成。

参阅图3中所示的(1)，(5)，(3)，(4)，这是关于投射装置入射光投射的情形，这里当SLM 44的偏转面镜44a处于完全接通位置时该入射光具有的形状和强度分布示于图3的(E-1)与(F-1)中。图3中所示的(E-ML)与(F-ML)表明了当该偏转面镜44a从完全接通位置运动到完全断开位置时的显示光强。还有，通过调整和控制投射光器件46的光圈46a处入射光的形状与强度分布，如在(E-ML)与(F-ML)中的该图像光强度就能被控制以产生更大数目的灰度级。该入射光强度分布在下面假设下实现，即，SLM 44的偏转面镜44a具有位于该光轴运动平面之外的中间状态。(F-ML)说明提供有一个控制灵活性来实现稳定的输出光。

在图3中，(E-1)，(E-5)，(E-3)，(E-4)与(F-1)，(F-5)，(F-3)，(F-4)分别表示在(1)，(5)，(3)，(4)的面镜状态中的来自偏转面镜44a的反射光流和光瞳46a，并且用粗线表示反射光流的横截面。另外，(E-1)，(E-5)与(F-1)，(F-5)也表示出该反射光流横截面上的光强分布，并且遮蔽了一个包含于光瞳46a之内的区域。

在(E-1)，(E-5)，(E-3)与(E-4)中所示的例子是一些当光在如下情形实现的例子，光例如这样入射至偏转面镜44a，反射光流的横截面与(1)的面镜状态中光瞳46a位置处的光瞳46a相一致，并且得到作为在那个位置光强分布的分布51，如(E-1)中所示，它是一个正态分布。此处，强度分布51也是在沿着接近于垂直该反射光光轴运动方向的方向上的非均匀分布，它随着面镜状态的改变(在(1)，(3)与(4)中的改变)而改变。(E-ML)表示了本例中当该面镜的状态改变至(5)，(1)，(3)和(4)时光瞳46a中的光强。

在(F-1)，(F-5)，(F-3)与(F-4)中所示的例子是一些当光在如下情形实现的例子，光例如这样入射至偏转面镜44a，反射光流的横截面所呈现的形状是垂直于该反射光光轴的运动方向排列的两个椭圆，它随着面镜状态的改变(在(1)，(3)与(4)之中的改变)而改变，并且得到作为在与反射光流横截面的形状相一致的那个位置的光强分布的分布52，如(F-1)中所示，其高强度的山形物排列得垂直于该反射光光轴的运动方向，它随着面镜状态的一个改变(一个在(1)，(3)与(4)之中的改变)而改变。此处，反射光流横截面形状长轴的方向平行于该反射光光轴的运动方向，它随着面镜状态的改变(在(1)，(3)与(4)中的改变)而改变。而且该强度分布52也是一个在接近垂直于该反射光光轴运动方向的方向上的不均匀的分布，它随着该面镜状态的改变(在(1)，(3)与(4)之中的改变)而改变。(F-ML)表示出当该面镜状态改变至(5)，(1)，(3)和(4)时光瞳46a中的光强。按照这个例子，就能从投射光学器件46得到稳定的输出光。

图3中所示的例子是一些当在反射光光轴运动平面之外提供用于获得中间的光量的面镜状态中的反射光的光轴时实现的例子，随着图2的例子中所示的面镜状态的改变而改变。

接着，将详细描述该光源41和/或者该照明光学设备42的构造。该光源41和/或者该照明光学设备42是用来得到上述的反射光，其光流横截面的强度分布在投射光学器件46的光瞳46a的位置处是不均匀的，和/或者下面这样的反射光，其光流的横截面所呈现的形状并非以光轴为中心的实心圆的横截面形状。这种构造也是下面这样的一个构造，即，用于在对SLM 44每个偏转面镜(44a等)的入射NA的范围内使强度分布或照明光平均的光量非均匀，或者是下面这样的一个构造，即，用于在该范围内给以照明光流的横截面一个不同于以该照明光的光轴为中心的实心圆的横截面的形状。

参阅图4来说明该投射装置，其中由于位于照明图像所在处或在该照明附近，光学装置的发散或扩散特性是非均匀的。“位于照明图像所在处”也包含在其上形成光源图像的平面，而“在该照明附近”也包括光源41的附近。图4示意性的表示出光源41和包括在照明光学设备42中的光学元件61。该光学元件61被置于形成光源图像的平面上或在光源41的附近，是具有非均匀扩散或发散特性的光学元件，并且例如，还是部分地具有不同的透射率的滤光器等。用包括有这种光学元件61的照明光学设备42，就能给照明光非均匀的强度分布。

图5A和5B所示是投射装置，其中照明投射来自一个复眼透镜，该复眼透镜包括多个微透镜且每个微透镜均可控制或构成具备各种各样的光学特性，例如反射率，偏转角或光透射度，占空因数等。图5A和5B示意性表示出一个复眼透镜，它包含在照明光学设备42之中，并且由多个包括具有各种不同光学特性的微透镜的微透镜组成。图5A示出复眼透镜62，它由包括具有不同透射率的微透镜的多个微透镜构成，而图5B则示出复眼透镜63，它由包括具有不同孔径比的微透镜的多个微透镜构成。用包括这样复眼透镜的照明光学设备42也能给出照明光非均匀的强度分布。

这里，将描述一些照明光学设备42的具体构造例子。

图6A，6B和6C示意性地示出依据本实施例的投射装置。为便利起见，图6A至6C将描述光通过SLM 44的情形。然而，实际上光在SLM 44上发生反射，如图2与图3所示。此外，在该SLM 44与该投射光学器件(投射透镜)46之间设置聚光器透镜64。这个透镜在图2与图3中被略掉。

在图6A所示的构造例子中，该照明光学设备42包含聚光器透镜65，复眼透镜66和67与照明透镜68。按照这个构造例子，图2和图3中所示的(1)的面镜状态中投射光学器件46的光瞳46a所在位置处光流横截面的强度分布变成分布69。

在图6B所示的构造例子中，该照明光学设备42包括聚光器透镜65，滤光器70，复眼透镜66与67以及照明透镜68。也就是，这个就是其中把滤光器70设置于聚光器透镜65和复眼透镜66之间的构造，这些在图6A中已被示出。滤光器70是下面这样的滤光器，其被遮蔽部分较其它部分具有较低的透射率。该滤光器70也是在图4中所示光学元件61的例子。按照这个构造例子，图2和3中所示的(1)的面镜状态中透射光学器件46的光瞳46a所在位置的光流横截面的强度分布成为分布71，并且在该中央部的光量较图6中所示的分布69能够得以减小。

在图6C所示的构造例子中，该照明光学设备42包括聚光器透镜65，复眼透镜66’和67′与照明透镜68。也就是，该照明光学设备42包括复眼透镜66’和67’，复眼透镜66’和67’具有的光学特性不同于在图6A中所示的复眼透镜66和67并且作为它们的替代物。那些构成图6A中所示复眼透镜的多个微透镜的光学特性是相同的，然而构成图6C中所示复眼透镜的那些多个微透镜的光学特性则包括具有不同光学特性(在图6C例子中的孔径数目)的微透镜。复眼透镜66’和67’也是图5B中所示复眼透镜63的例子。按照这个构造例子，在图2和3中所示的(1)的面镜状态下投射光学器件46的光瞳46a所在处的光流横截面的强度分布变成分布72，它的倾斜坡度相对于图6A中所示的分布69要和缓些。

灵活控制入射光强分布或形状能够方便地实现。例如，该光流的横截面围绕某部分光路的光轴是非对称的，这部分光路是从照明通到SLM 44或者从SLM 44通到显示图像的屏处。这也可说成是，至少在一部分从光源41延伸至SLM 44的照明光路，或从SLM 44至未示出的图像显示平面的投射光路，光流横截面具有的形状并不是以该部分光路光轴为中心的实心圆的横截面的形状。这样的投射装置也可用于投射入射光，其中光强分布是非均匀的，且照明区域不均匀，以在各种情况下获得最佳图像。描述了一个例子，其中光流横截面的光强分布是非均匀的，以及一个辐射场也不对称，例如，可参阅图2的(D-1)至(D-4)。

按照这个实施例的投射装置也可构造成能改变光源41的光学位置形式。

图7A，7B，7C和7E是说明用于改变光源41的光学位置的构造例子的图。这个构造例子是下面这样的例子，其中，光源41的光学位置是通过一个平行平板73(73a，73b)来改变的，这个平板可插进光路或从光路取出，如图7A所示。该平行平板73构成为一块，方法是并排排列垂直于光路的平行平板部件73a和相对于该平行平板部分73a有预定倾角的平行平板部件73b。

图7A，7B和7C示出的状态中，平行平板部件73b是插进光路的，而平行平板部件73a从光路中被移出，图7D和7E示出的状态中，平行平板部件73a是插进光路的，而平行平板部件73b从光路中被移出。图7B和7D为俯视图，而图7C和7E为侧视图。此外，在图7A，7B，7C和7D中，在光源41和平行平板73之间设置了一个聚光器透镜74。不过，在图7A中此透镜被略去。

按照这样的构造例子，如在图7E至7C中所示该光路能够被移动，其方法是改变在该光路中所插入的平行平板的部分从73a到73b，结果，就改变了该光源41的光学位置。此外，通过以这种方式改变该光源41的光学位置也能控制入射至SLM 44的光流的强度分布。

参阅图8A和8B中关于本发明对入射光光强分布进行控制的光源的替代例子。该光源包括光发射元件阵列，它的每一个光发射元件都可以被控制成接通或断开以便用于控制该光强度分布。

图8A和8B示出另外一个用于改变光源41的光学位置的构造例子。在这个构造例子中，光源41具有下面这样的构造，其中是多个子光源的光发射元件排置成阵列的形式，通过选择一个光发射元件使之能发射光以及一个光发射元件使之不发射光来改变该光源41的光学位置。例如，该光发射元件是激光光源，LED(光发射二极管)光源等。

图8A中所示的光源41表示的一个状态是，在光发射平面左侧两列中的光发射元件发射光，而其余的元件不发射光。同时，图8B中所示的光源41表示的一个状态是，在光发射平面右侧两列中的光发射元件发射光，而其余的元件不发射光。以这种方式选择发射光的光发射元件和不发射光的光发射元件，能使光源41的光学位置被改变。此外，通过以这种方式改变该光源41的光学位置也能控制入射至SLM 44的光流的强度分布。

另外，通过依照于本实施例的投射装置，示于图2和图3中的面镜状态与光强的对应关系能够被调整，其方法是在对SLM 44的每个偏转面镜的入射NA的范围之内使得照明光的强度分布成为均匀分布，并且给予照明光流的横截面一个不是以照明光光轴为中心的实心圆的横截面的形状。也就是，该对应关系只有通过使辐射场的形状不同才能加以调整。一个例子，其中辐射场的形状形成得不相同，被予以描述，其情形可参阅示于图2中的(B-1)至(B-4)和(D-1)至(D-4)以及示于图3中的(F-1)至(F-4)。

再者，依据于本实施例的投射装置也能构造得使多个照明光流存在。

关于该投射装置可参阅图9A至9C，所述投射装置利用一个或数个光源以生成一些可控的光强分布，而这些分布在投射光学器件46的光圈46a处可以是不均匀的分布。

在图9A至9C示出了让多个照明光流存在的构造例子。为便利起见，图9A至9C描述的情形是光通过SLM 44。不过，实际上光在SLM44上有反射，如图2和图3中所示。此外，在图9A至9C中，一个聚光器透镜64被设置于SLM 44与投射光学器件(投射透镜)46之间。在图2和图3中，这个透镜被略去。

在图9A所示的构造例子中，该光源41包括两个子光源76(76a，76b)，而照明光学设备42包括两个第一聚光器透镜77(77a，77b)，两个第二聚光器透镜78(78a，78b)，两个中继透镜79(79a，79b)以及一个照明透镜68。在这个构造例子中，存在两个照明光流，例如，来自子光源76a并且通过第一聚光器透镜77a、第二聚光器透镜78a、中继透镜79a和照明透镜68以及入射至SLM 44的光流，和来自子光源76b并且通过第一聚光器透镜77b、第二聚光器透镜78b、中继透镜79b和照明透镜86以及入射至该SLM 44的光流。如上所述，在这个构造例子中，这两个照明光流是从两个子光源得到的。

在图9B所示的构造例子中，其照明光学设备42包括第一聚光器透镜80，光路分离元件81，两个面镜82(82a，82b)，两个第二聚光器透镜78(78a，78b)，两个中继透镜79(79a，79b)以及照明透镜68。在这个构造例子中，来自光源41的在通过该第一聚光器透镜80之后入射至光路分离元件81的光被分离于两个方向。这样，就存在两个照明光流，例如，在一个方向上的照明光流，它是在面镜82a上反射之后通过第二聚光器透镜78a、中继透镜79a和照明透镜68而入射至SLM 44，在另一个方向上的照明光流，它是在面镜82b上反射之后，通过第二聚光器透镜78b、中继透镜79b和照明透镜68而入射至SLM44。在这个构造例子中，以这种方式，通过把来自单一光源的光流分离为两个而获得两个照明光流。

在图9C所示的构造例子中，其照明光学设备42包括第一聚光器透镜80，光路分离元件83。两个第二聚光器透镜78(78a，78b)，两个中继透镜79(79a，79b)以及照明透镜68。在这个构造例子中，来自光源41的光通过第一聚光器透镜80并入射至光路分离元件81而被分离于两个方向。这样，就存在两个照明光流，例如，在一个方向上的照明光流通过第二聚光器透镜78a、中继透镜79a和照明透镜68而入射至SLM 44，在另一个方向上的照明光流通过第二聚光器透镜78b、中继透镜79b和照明透镜68而入射至SLM 44。在这个构造例子中，以这种方式，就能通过把来自单一光源的光流也分离为两个而获得两个照明光流。

图9A至9C是一些在其中存在两个照明光流的构造例子。以相似的方式也能实现在其中存在三个或更多个照明光流的构造。另外，存在的多个照明光流中的每一个也都能在频率、强度分布以及光流横截面的形状方面的一个或更多个的方面有所不同。

该SLM 44包括多个偏转面镜，它们可控制得在具有中间状态的接通一断开(ON—OFF)位置之间振荡，与入射光强度分布相一致，以产生多个的可控灰度级使图像显示的视觉效果达到最佳。

图10A，10B和10C说明了当从多个子光源能获得多个照明光流时的光源41的构造例子。如果从多个子光源获得多个照明光流，如以上所描述的图9A中所示的那样，则该多个照明光流也能用下述的方法获得，这就是应用在其具有的构造中把多个子光源布置成阵列形式的光源作为光源41，且选择一些子光源使之发射光，以及一些子光源使之不发射光，如图10A至10C中所示。例如，该子光源是激光光源，与LED光源等。再者，在此情形，通过改变每个子光源的光发射量也能使得入射光流的强度分布成为不均匀分布。

在图10中所示的多个子光源构成的光源单元中，那些子光源可以是一些发射不同频率光的光源，或者是一些发射同一频率光的光源。在此情形，如果由那些邻近的子光源发射的照明光被安排得发射几个不同的基色，则在每个颜色的光学轮廓中的差异就能得以减小，而这一点是很为理想的。再者，那些子光源光发射的图样或无光发射的图样可以设计为可随意改变的。一个照亮的图样能够被确定，因此例如，发射光的子光源就被安置得对于该光轴对称或不对称。此外，如果一个这样光发射图样被构成在一个显示的控制周期中是可任意转换的，就能实现更细致的灰度级再现。例如，利用所谓的颜色顺序显示方法，该方法通过在一个帧之内顺序地显示不同颜色的图像而构成颜色图像，通过改变每个颜色的光源装置的光发射图样就能够获得个别的灰度级再现特性。再者，除对光发射图样的改变之外，光发射强度也能被改变。

这时，缩小由多个子光源组成的光源单元的光发射面到一个面积的最小值是重要的，以便增加光的使用效率。从这点看，半导体激光器等作为光源单元是优选的。此外，该光源单元可以是这样一种构造，其中如光纤等的光学传输设备传输来自光源的照明光，其输出平面被布置成矩阵形式。此时，光源的数目和光学传输设备的输出平面数目不需要总是一致的。该光学传输设备可能还包含光合成或光分离设备。优选地，光源单元的光发射平面的面积被构成到等于或小于5mm²，以便在不必增加光源面积和不降低投射到光调制器的光强度的情况下有效地实现本发明的目标。

而且，若光源采用多个激光器，从每个激光器到SLM的光程各不相同或者每个激光脉冲的定时是交错的，以减少散斑干扰。

如上所述，本发明的第一个实施例是这样的一个投射装置，它用一个偏转型空间光调制器把来自光源来的照明光引导向投射光路，并且该装置具有照明构造，在该构造中该照明光的投射光路的光瞳位置的强度分布变得不均匀，和/或是下面这样的照明构造，在此构造中，照明光的投射光路的光瞳位置处的光流的横截面采取不同于以该光轴为中心的实心圆横截面的形状，以便在该照明光的偏转过程中入射至投射光路的光量的改变变得对中间灰度级的再现较为理想，由偏转型空间光调制器完成。

通过这样一种构造，借助于优选地调整随偏转型空间光调制器的偏转面镜的角度改变而变化的光输出量的变化曲线，能够获得更精细的中间灰度级光量或稳定的中间灰度级。另外，在一优化的偏转过程中，利用入射到投射光路中的光量的变化，可使一个预先确定的光量入射到投射光路上，因此能够实现高灰度级投射。

<第二个实施例>

按照这个实施例的一个投射装置包含：光源；用来收集和指引从光源来的光的照明光学设备；偏转型空间光调制器(以后简化为SLM)；用来投射被SLM调制的光的投射光路和控制设备，该控制设备用以根据输入信号控制每一偏转面镜(面镜元件)的偏转角保持操作和振荡操作，使被期望的光量被引导投向投射光路的光瞳。

在按照本实施例的投射装置中，该光源和/或该照明光学设备被设置得使在投射光路的光瞳位置的照明光的强度分布成为不均匀的。另外，该控制设备能够在第一控制周期里控制偏转面镜保持一个特定的偏转角，也能够控制该偏转面镜在第二控制周期中振荡。而且，这个投射装置能够至少在第一和第二这两个控制周期之一内能够增强或减弱入射到SLM的光的强度，或者当至少上述两个时间周期之一被进一步分割成两个或更多个子控制周期时，在一个或更多个子控制周期里也能如此。

图11示出本发明的第二个实施例，其中采用了通过光收集器实现的光源。通过应用不同时间周期之间的时间调制来控制光的收集特性，以此控制从光源投射的光的强度。这些时间周期被表示为时间周期1和时间周期2，时间周期2带有两个子时间周期2-1和2-2。通过时间调制光收集器，能够从光源投射光强分布，这样用控制入射光强度分布就达到了产生附加灰度级的目的。

图11中示出了按照这个实施例的投射装置的每帧时间里操作的例子。在这个图里，面镜状态代表SLM中一个偏转面镜的状态。此外，时间周期1表示第一控制周期，时间周期2表示第二控制周期，而时间周期2-1和2-2表示当第二控制周期被分割为两个子控制周期时的两个控制周期。

在这个图中的操作的例子中，光源强度在时间周期1中被控制为高。此外，偏转面镜的偏转角度被控制，使在时间周期1中的一个预先确定的时间周期中面镜状态成为开状态，而在时间周期1的其它时间里偏转面镜的偏转角被控制，使面镜状态成为关状态。

另外，在时间周期2中，在时间周期2-1中光源强度被控制为，而在时间周期2-2中光源强度被控为在高和低之间。此外，该偏转面镜是振荡控制的，使面镜状态在时间周期2中成为振荡状态。在时间周期2-1或2-2中，该偏转面镜可以是振荡控制的以便降低偏转面镜的振荡幅度。

如上面所描述的，在1帧时间中时间周期2里该偏转面镜是被振荡控制的，不仅光源的强度连偏转面镜的振幅在时间周期2-2中也被降低了，时间周期2是被任意分割成这这个时间周期的，因此可以使中间灰度级更精细地表现出来。

此时，假如光源强度被增强或减弱的这个时间周期被设定为偏转面镜自然周期的整数倍，控制就很容易。然而，例如，在下面所述的时间周期内，在直到输出光停止入射到投射透镜的光瞳为止所需的时间周期内，光源强度可以是被调制的，其中上面所述的时间周期为，在从输出光实际开始入射到投射透镜的光瞳开始直到面镜元件从关的状态开始振荡之后经过开的状态转换到关的状态止的时间周期。也就是，假定偏转面镜的自然周期是T，在时间周期2-2开始后，也就是在面镜元件开始振荡后从几乎过1/4T到几乎过3/4T的这个时间周期中，通过调制光源的强度也能获得类似的结果。此外，在从面镜元件开始振荡到几乎过1/4T的时间周期中，以及从几乎过3/4T到几乎过T的时间周期中可以执行一个控制，以关闭照明光。与振荡周期同步地关断照明光的控制也适用于时间周期2-1。如上所述，在从面镜元件来的反射光实际上没有入射到投射透镜的光瞳的一个时间周期里光源被关闭，以及在从面镜元件反射的光入射到投射透镜的光瞳上的时间周期里光源光的强度的调制被控制，如上面描述的，与面镜元件的操作周期同步，从而，能够防止不必要的反射光入射到投射透镜的光瞳上，防止投射图像的对比度被破坏。

同时，如果在时间周期2-2中光源光的减弱的程度被设为在光源没有被调制的时间周期中的光源强度的1/n(n是一个整数)，其中光源没有被调制的时间周期即时间周期1和2-1，灰度级的控制变得容易和理论上也是更可取的。然而，光源光减弱的程度可以根据用面镜元件振荡控制得到的期望的光量而任意设置。

在这个实施例中，光源光的调制程度是以两级实现的。然而，调制的程度可以实现为包括上面描述的关的状态的多个调制强度。通过这样一种构造，灰度级能够更精细地再现。

此外，面镜元件被振荡控制的时间周期2被分割，以在本实施例中实现光源调制。然而，一个面镜元件的开/关被控制的时间周期可以被分割，以实现光源调制。在这种情况下，该光源实现调制的这个时间周期是等于在其间面镜接通的一个最小时间单位，实行光源调制的一个时间周期是与开/关控制的时间周期分别提供的，在那个开/关控制周期里光源是没被调制的，在提供的时间周期里面镜元件被接通或断开，所以灰度级得以增加。如前面所描述的，光源光的调制程度可以依据所需的光强任意设定。

对上面描述的光源光强度的调制，优选用一个响应方面优良的光源，例如激光光源等。光源强度的调制除了调制光强或调节单个光源发射光时间的方法外，也能通过改变光发射图样和改变如图10中所示的光源阵列中光发射的量来实现。

此外，以一种所谓颜色顺序显示的方法在一帧内顺序地显示不同颜色的图像来形成一幅颜色图像，在图11中示出的1帧时间被替换为各个颜色的一些子帧来执行。也就是说，一个只有三基色之一被显示的时间周期被分割成第一和第二控制周期，并且进行光源强度的调制。此时，调制或不调制光源的强度，或者调节光强的程度对每种颜色可能是不同的。例如，光源的强度可能只在一个显示对人眼视觉灵敏度高的绿色的时间周期内被调制。此外，如果在1帧的时间里，一帧由若干重复的三基色的子序构成，无论是调制光源的强度还是强度调制的程度在每一个子序中可以任意设定，以减少一个被称为颜色断裂(Color Break)的问题。

而且，如果使两个不同基色的子光源同时发光，所发的光可作为补充照明光，以此，上面描述的强度调制可结合起来并被控制。

按照本实施例的这个投射装置中，该光源和/或照明光学设备被构造得使在投射光路的光瞳位置的照明光的强度分布是非均匀的。然而，该光源以及/或照明光学设备也能被构造，例如，使强度分布是均匀的。同样，用这样一种结构，中间灰度级表现较常规技术更精细。

此外，依照本实施例的这个投射装置中，作为增强或减弱入射到SLM的光的方法，除了以上描述的增强/减弱光源本身的强度的方法外，有许多方法可以考虑。

参照光投射装置的图12A和图12B，它用一个旋转光衰减器作为光强控制机构。该旋转光强衰减器沿转动轮的不同斜剖面具有不同的透射指数，以便灵活地控制为显示图像而投射到SLM的光强度。

在图12A中，用于增强或衰减投射到SLM的光的强度的设备是在光路内提供的旋转光强衰减器93。该旋转光强衰减器93被设定为在1帧时间内转一圈，一个高透射率的部分(例如一个透射率为100％的部分)93a在时间周期1和2-1中被插入光路，如图11所示，并且一个低透射率的部分(例如一个透射率为50％的部分)93b在时间周期2-2中被插入光路。结果，该高透射率的部分93a或低透射率部分93b被与每个控制周期同步地插入到光路中或从光路中移走，由此，入射到SLM的光的强度能够以一种类似于图11所示方式被控制。

此外，如果希望投射到SLM的光强度不仅是在时间周期2-2中被减弱，例如在整个时间周期2中也被减弱，该旋转光强衰减器也能够被设定，使一个高透射率部分94a在时间周期1中被插入光路，和一个低透射率部分94b在时间周期2中被插入光路，如图12B中的旋转光强衰减器94所示。

在图12A和图12B中，在光源91和旋转光强衰减器93或94之间放置一个聚光器透镜92。此处，聚光器透镜92和该旋转光强衰减器93或94是照明光学设备的一部分。

图13A和图13B是另外一个例子，其中照明光学设备包含一个沿透镜的垂直轴和水平轴有不同偏振的旋转偏振透镜，这样，借助于旋转该透镜，就可以获得各种各样的光透射率以控制入射光的强度。

在图13A中，用以增加或减弱入射到SLM上光强的设备是使用在光路内提供的旋转偏振透镜95和96。该旋转偏振透镜95是固定的，而旋转偏振透镜96被做成可旋转的。此外，箭头95a和96a指示通过旋转偏振透镜的光的偏振方向。光源91是一个发射不相干光的光源。以这样一种构造，借助于与每个控制周期同步地转动旋转偏振透镜96，得以选择透射光，而且期望的强度的光得以入射到SLM上。

另外，如果一个发射相干光的光源作光源，此照明光学设备可以在光路中仅仅用旋转偏振透镜96，如图13B所示，在图13B中光源97是一个激光光源，它的发射光的偏振方向是水平方向。

在图13A和图13B中，该旋转偏振透镜95和96，或旋转偏振透镜96是照明光学设备的一部分。

而且，按照这个实施例的投射装置中作为增加或减弱投射到SLM的设备，该光源可以用其中排列成阵列形式的多个子光源的构造实现。例如，子光源是激光光源，一个LED光源等等。在此情况下，每一子光源的发光强度与每一控制周期同步变化，由此，一个期望的强度的光得以投射到SLM上。

如上所述，借助于提供该控制周期(在此第二控制周期中完成了前面描述的振荡控制)使得在照明光偏转的过程中利用入射到投射光路中的光量的改变使中间灰度级再现，以及借助于照明光量的进一步调制，按照本发明的第二个实施例得到更多的微量输出光。

以这样一个构造，可以得到一个更精细的中间灰度级光量或者一个更稳定的灰度级。除此之外，借助于在优化照明光的偏转过程中改变入射到该投射光路中的光的量能够得到入射到投射光路中所要的光量，从而高灰度级的投射得以实现。

此外，随SLM的偏转面镜的角度变化而改变的输出光量的变化曲线，通过使得照明光的投射光路的光瞳位置中的光强度分布不均匀能被适宜地调整，借此，可以得到较精细的中间灰度级光量或稳定的中间灰度级。

按照这个实施例，该光投射装置也能类似于第一个实施例中那样实现一种照明构造，其中，在照明光的投射光路的光瞳位置光流的横断面形成一个有别于在以光轴为中心的实心圆的横截面的形状。用这样一种构造，通过更适宜地调整随SLM的偏转面镜的角度的变化而变化的输出光量的变化曲线，同样能得到更精细的中间灰度级光量或稳定的中间灰度级。此外，如果该投射装置如上面描述的那样设置，它能够进一步构造成使在照明光的投射光路上的光瞳位置的光强分布均匀化。

至此，描述了第一和第二实施例。在这些实施例中，发射非相干光的光源，例如高压汞灯，卤素灯，氙灯，LED等，或者发射相干光的光源，例如激光光源，都可以被用作光源。

加之，按照第一实施例的投射装置也能与按照第二实施例的投射装置的一部分结合起来，或者按照第二实施例的投射装置也能与按照第一实施例的投射装置的一部分结合起来。

虽然本发明是用优选实施例来描述的，但是不应认为这种公开是被局限的。对于本领域技术人员而言，在阅读了以上的公开后，各种各样的修改与替换无疑是明显的。因此，以下附加的权利要求的用意是覆盖所有那些属于本发明领域及其精神实质的替换与修改。

如上所述，按照本发明，跟随偏转面镜角度变化而变化的输出光量的变化曲线能被适当地调整，其方法是通过使照明光投射光路的光瞳位置的光强分布不均匀，以及/或者通过给定在照明光的投射光路的光瞳位置的光流的横截面一个有别于以光轴中心的实心圆的横截面的形状，以此得到更精细的中间灰度级光量或者得到稳定的中间灰度级。

此外，照明光的量被进一步调制，其方法是提供一个控制周期(在这个控制周期中完成镜面的振荡控制)，在此周期中在照明光的偏转过程中通过改变入射到投射光路的光量完成中间灰度级再现，借此，能够得到更精细的中间灰度级光量或者得到稳定的中间灰度级。

Claims (97)

1.投射装置，通过照明光学设备接收从光源来的光，以投射到具有多个微镜的空间光调制器，所述微镜被控制，以振荡到不同的偏转角度，所述投射装置还包含：

控制器，按照输入信号来控制上述每一所述微镜的偏转角度保持操作和振荡操作，以向位于投射光路上的光瞳投射预先确定量的光，其中

所述光源或所述照明光学设备被构造成使得在对每一所述微镜的入射NA范围内光强分布或照明光的平均光量不均匀。

2.根据权利要求1所述的投射装置，其中，

所述照明光的光强分布在几乎平行于从所述微镜的反射光的光轴的移动方向的方向上是非均匀的。

3.根据权利要求1所述的投射装置，其中，

所述照明光的光强分布在几乎垂直于从所述微镜的反射光的光轴的移动方向的方向上是非均匀的。

4.根据权利要求1所述的投射装置，其中，

所述照明光学设备包含光学元件，该光学元件布置在用以形成光源像在其上面或者接近所述光源的平面上，其中所述光学元件具有非均匀的发散特性或散射特性。

5.根据权利要求1所述的投射装置，其中，

所述照明光学设备包含一个由多个微透镜组成的复眼透镜；并且

所述多个微透镜至少包含两个具有不同光学特性的微透镜。

6.根据权利要求5所述的投射装置，其中

所述两个微透镜具有两个不同的透射率。

7.根据权利要求5所述的投射装置，其中

所述两个微透镜具有两个不同的孔径比。

8.根据权利要求1所述的投射装置，其中

所述照明光形成形状不同于以光路的一部分的光轴为中心的实心圆的横截面的形状的光流的横截面，所述光路为从所述光源伸延至所述空间光调制器的一个光路或者从所述空间光调制器伸延至图像显示平面的投射光路。

9.根据权利要求1所述的投射装置，其中

所述光源具有对所述照明光学设备的可灵活改变的光投射。

10.根据权利要求9所述的投射装置，其中

所述光源还包含可移动的平行平板，以提供可变的光投射。

11.根据权利要求9所述的投射装置，其中

所述光源还包含多个子光源，所述多个子光源布置成阵列，从该阵列中每一个子光源的光发射是可选择的，以提供可变的光投射。

12.根据权利要求1所述的投射装置，其中

所述照明光包含多个照明光流。

13.根据权利要求12所述的投射装置，其中

辅助光源包含多个子光源；以及

所述多个照明光流是从所述多个子光源投射的。

14.根据权利要求12所述的投射装置，其中

所述多个照明光流是把所述光源投射的光流分开而得到的。

15.根据权利要求12所述的投射装置，其中

在所述多个照明光流中，所述照明光流中每一个具有不同的频率、强度分布和光流横截面的形状等不同的光学特性。

16.根据权利要求1所述的投射装置，其中

所述光源是激光光源或是LED光源。

17.投射装置，通过照明光学设备接收从光源来的光，以投射到具有多个被控制以振荡到不同偏转角的微镜的空间光调制器，所述投射装置还包含：

控制器，用以根据输入信号控制所述微镜中每一微镜的偏转角度保持操作和振荡操作，以便向设置于投射光路上的光瞳投射预先确定量的光，其中

所述光源或照明光学设备被构造具有下面这样的照明光流横截面，即，在对每一微镜的入射NA(数值孔径)范围内形状有别于以照明光光轴为中心的实心圆的横截面形状。

18.根据权利要求17所述的投射装置，其中

所述照明光流的横截面在沿基本平行于来自微镜的反射光的光轴的运动方向的方向上有一个较长的边，其中所述微镜的偏转角度被所述控制器所控制。

19.根据权利要求17所述的投射装置，其中

所述照明光流的横截面在沿基本垂直于来自微镜的反射光的光轴的运动方向的方向上有一个较长的边，其中所述微镜的偏转角度被所述控制器所控制。

20.根据权利要求12所述的投射装置，其中

所述光源是激光光源或是LED光源。

21.投射装置，通过照明光学设备接收从光源来的光，以投射到具有多个被控制振荡到不同偏转角的微镜的空间光调制器，以向设置于投射光路上的光瞳投射预先确定量的光，其中：

所述光源或所述照明光学设备被设置为在每一面镜元件入射NA的范围内其光强分布或照明光的平均光量成不均匀的，

控制器在第一控制周期中控制所述微镜保持特定的偏转角度以及在第二控制周期中控制所述微镜振荡，并且，

至少在第一或第二控制周期之一内，或者当第一和第二控制周期中至少一个被分为两个或更多个子控制周期时，在一个或以上子控制周期内，入射到所述偏转型空间光调制器的光的强度被增强或减弱。

22.根据权利要求21所述的投射装置，还包含

安置于光路上的可移动的光衰减器，用来与每一控制周期同步地增强或衰减入射到所述偏转型空间光调制器的光的强度。

23.根据权利要求21所述的投射装置，还包含

偏振元件，用以调整透射穿过那里的光，用来与每一控制周期同步地增强或衰减入射到所述偏转型空间光调制器的光的强度。

24.根据权利要求21所述的投射装置，其中

所述控制器与所述微镜的共振频率同步地控制所述第一和第二控制周期，以调整所述光的强度。

25.根据权利要求21所述的投射装置，其中

所述控制器与接通所述微镜的最小时间单位同步地控制所述第一和第二控制周期，以调整所述光的强度。

26.根据权利要求21所述的投射装置，其中

当面镜元件的偏转方向是其中照明光没有偏转到所述投射光路上时，照明是被断开的。

27.根据权利要求21所述的投射装置，其中

所述光源光是被调制的，以便能以两个或更多个级的强度投射光。

28.根据权利要求21所述的投射装置，其中

所述控制器通过采用在一帧的时间里显示不同颜色的图像的颜色顺序方法，构成颜色图像显示。

29.根据权利要求21所述的投射装置，其中

控制器按照1/n的比例控制从所述光源投射到所述偏转型空间光调制器的光入射的强度，此处n是一个整数。

30.根据权利要求21所述的投射装置，其中

在第二个控制周期里微镜的振幅是被改变的。

31.根据权利要求21所述的投射装置，其中

所述光源是激光光源或是LED光源。

32.根据权利要求21所述的投射装置，其中

所述光源包括一个有多个子光源的阵列组成，其中多个子光源中每一个子光源在第二控制周期中或在第二控制周期中一个或一个以上子控制周期中被控制发射可调整的光强。

33.根据权利要求32所述的投射装置，其中

光的强度与微镜的共振频率同步地被调整。

34.根据权利要求32所述的投射装置，其中

光的强度在第一控制周期中被调整，而且与接通这些微镜的最短时间单位同步地被调制。

35.根据权利要求32所述的投射装置，其中

当面镜元件的偏转方向是其中照明光没有偏转到所述投射光路上时，照明是被关闭的。

36.根据权利要求32所述的投射装置，其中

所述光源光是被调制的，以便用两个或两个以上的级的强度投射光。

37.根据权利要求32所述的投射装置，其中

所述光源是激光光源或是LED光源。

38.根据权利要求32所述的投射装置，其中

所述多个子光源包含一些同种颜色的子光源或不同颜色的子光源。

39.根据权利要求32所述的投射装置，其中

所述众多的子光源被控制以投射一个光发射的图样。

40.根据权利要求39所述的投射装置，其中

所述多个子光源被控制以投射与光轴对称或不对称的光发射图样。

41.根据权利要求39所述的投射装置，其中

所述多个子光源被控制以在显示时间周期中投射光发射图样。

42.根据权利要求39所述的投射装置，其中

所述控制器通过采用在一帧的时间内顺序显示不同颜色的颜色图像的颜色顺序方法以及在不同子域里为所述每种颜色控制所述多个子光源，构成颜色图像显示。

43.根据权利要求32所述的投射装置，其中

所述光源还包含光源和光导向部件。

44.根据权利要求43所述的投射装置，其中

该光导向部件还包含光合成器或光分离器。

45.根据权利要求32所述的投射装置，其中

所述光源投射横截面积等于或小于5mm²的光。

46.根据权利要求32所述的投射装置，其中

所述光源发射两种不同基色的光。

47.投射装置，通过照明光学设备接收从光源来的光，以便投射到具有多个微镜的空间光调制器上，所述微镜受控振荡到不同的偏转角度，以便向设置于投射光路上的光瞳投射预先确定量的光，其中：

控制器在第一控制周期内控制所述微镜保持特定的偏转角度，而在第二时间周期内控制所述微镜振荡，以便至少在所述第一或第二控制周期中的一个内或者在一个或更多子控制周期内控制入射到所述空间光调制器的光强度以增强或减弱光强度。

48.根据权利要求47所述的投射装置，其中

所述控制器与所述微镜的共振频率同步地控制所述第一和第二控制周期，以调节所述光强度。

49.根据权利要求47所述的投射装置，其中

所述控制器与接通所述微镜所用的最短时间单位同步地控制所述第一和第二控制周期，以便调节所述光强度。

50.根据权利要求47所述的投射装置，其中

当面镜元件的偏转方向是其中照明光没有偏转到所述投射光路上时，照明被关闭。

51.根据权利要求47所述的投射装置，其中

所述光源光是被调制的，以便能用两个或更多的个强度等级投射光线。

52.根据权利要求47所述的投射装置，其中

所述控制器用一种在一帧的时间内显示不同颜色的图像的颜色顺序方法形成颜色图像显示。

53.根据权利要求47所述的投射装置，其中

从所述光源入射到所述偏转型空间光调制器的入射光强度被减少到1/n(此处n是一个整数)或者以任意的程度增加或减弱。

54.根据权利要求47所述的投射装置，其中

从所述光源入射到所述偏转型空间光调制器的光强度被被增强或减弱；以及在所述控制设备控制之下振荡的一个面镜元件的振幅被增加或减少。

55.根据权利要求47所述的投射装置，其中

所述光源是一个激光光源或是一个LED光源。

56.根据权利要求47所述的投射装置，其中

所述光源包含多子光源，而且光强的增加或减弱依赖于光发射元件的数量、光发射的图样或者光发射量的改变。

57.根据权利要求56所述的投射装置，其中

光强被改变的时间周期是与面镜元件的共振频率同步的。

58.根据权利要求56所述的投射装置，其中

当面镜元件的偏转方向上照明光不是偏转到投射光路上时照明被关闭。

59.根据权利要求56所述的投射装置，其中

第一控制周期是光强变化的时间周期，而且光强是与面镜元件被接通的最短时间单位同步调制的。

60.根据权利要求56所述的投射装置，其中

光源光被调制成两个或更多的强度等级。

61.根据权利要求56所述的投射装置，其中

所述光源是一个激光光源或是一个LED光源。

62.根据权利要求56所述的投射装置，其中

该众多的子光源是由一些同样颜色的或不同颜色的子光源组成的。

63.根据权利要求56所述的投射装置，其中

该众多子光源的一个光发射图样是被切换的。

64.根据权利要求63所述的投射装置，其中

该众多子光源的一个光发射图样是被与一光轴对称或不对称的切换的。

65.根据权利要求63所述的投射装置，其中

该众多子光源的一个光发射图样是在显示时间周期中被切换的。

66.根据权利要求63所述的投射装置，其中

所述控制器采用一种在一帧的时间里顺序显示不同颜色的图像颜色顺序方法以及在所述每一种颜色的不同子域中控制所述众多的子光源形成颜色图像显示。

67.根据权利要求56所述的投射装置，其中

所述光源是由一个光源和一个光导向部件组成的。

68.根据权利要求67所述的投射装置，其中

该光导向部件包含光合成装置或光分离装置。

69.根据权利要求56所述的投射装置，其中

所述光源的一个光发射区域等于或小于5mm²。

70.根据权利要求56所述的投射装置，其中

所述光源发射两种不同基色的光。

71.一种光发射装置包含：

一个光源；

用来从所述光源收集和指引光的照明光学设备；

一个偏转型空间光调制器；

一个用来投射被所述偏转型空间光调制器调制的光的投射光路；和

用来基于一输入信号控制所述偏转型空间光调制器的每一面镜元件的偏转角度保持操作的控制装置，以便一个期望得到的光的量被导向所述投射光路上的一个光瞳，其中

所述控制装置控制面镜元件在第一控制周期内保持一个特定的偏转角度，和一个第二控制周期，和

入射到所述偏转型空间光调制器上的入射光的强度在第一和第二控制周期之一中被增强或减弱。

72.根据权利要求71所述的投射装置，其中

光强度被改变的时间周期是与面镜元件的共振频率同步的。

73.根据权利要求71所述的投射装置，其中

光强度被改变的时间周期是第一控制时间隔，以及该强度与面镜元件接通的最小时间单位同步地被调制。

74.根据权利要求71所述的投射装置，其中

当面镜元件处于入射光不是偏转到所述投射光路上的状态下所述光源被关掉。

75.根据权利要求71所述的投射装置，其中

从所述光源入射到所述偏转型空间光调制器的光的光强以多级被增强或减弱。

76.根据权利要求71所述的投射装置，其中

所述控制器采用一种在一帧的时间里顺序显示不同颜色的图像的颜色顺序方法形成颜色图像显示。

77.根据权利要求71所述的投射装置，其中

从所述光源入射到所述偏转型空间光调制器的光的强度被减弱到1/n(n是一整数)或者以任意程度增强或减弱。

78.根据权利要求71所述的投射装置，其中

所述光源是一个激光光源或是一个LED光源。

79.根据权利要求71所述的投射装置，其中

所述光源包含众多的子光源，以及光的强度依赖光发射量的变化、光发射的图样或发光元件的数量而增加或减弱。

80.根据权利要求71所述的投射装置，其中

光强改变的时间周期与面镜元件的共振频率同步。

81.根据权利要求71所述的投射装置，其中

当面镜元件的偏转方向上入射光不是偏转到所述投射光路时照明被关断。

82.根据权利要求71所述的投射装置，其中

光强度被改变的时间周期是第一控制周期，以及该强度被与面镜元件接通的最小时间单位同步地调制。

83.根据权利要求71所述的投射装置，其中

光源光被调制到两个或更多个强度等级。

84.根据权利要求71所述的投射装置，其中

所述光源是一个激光光源或是一个LED光源。

85.根据权利要求71所述的投射装置，其中

该众多的子光源是由一些相同颜色或不同颜色的子光源组成。

86.根据权利要求71所述的投射装置，其中

众多子光源的光发射图样是被切换的。

87.根据权利要求86所述的投射装置，其中

众多子光源的光发射图样是与一个光轴对称或不对称切换的。

88.根据权利要求86所述的投射装置，其中

众多子光源的光发射图样是在显示时间周期里切换的。

89.根据权利要求86所述的投射装置，其中

所述控制器通过采用一种在一帧时间里顺序显示不同颜色的图像的颜色顺序方法以及在不同的子域中为所述每一种颜色控制众多的子光源而形成颜色图像显示。

90.根据权利要求71所述的投射装置，其中

所述光源是由一个光源和一个光导向部件组成的。

91.根据权利要求90所述的投射装置，其中

该光导向部件是包含光合成设备或者光分离设备。

92.根据权利要求71所述的投射装置，其中

所述光源的光发射区域等于或小于5mm²。

93.根据权利要求71所述的投射装置，其中

所述光源发射两种不同基色的光。

94.该光源包含众多子光源，其中，

子光源的光发射或无光发射图样被设定为可任意改变的。

95.根据权利要求94所述的光源，其中

该众多的子光源是由一些同样颜色的或不同颜色的子光源组成的。

96.根据权利要求94所述的光源，其中

所述光源是由一个光源和一个光导向部件组成的。

97.根据权利要求96所述的光源，其中

该光导向部件包含光合成设备或光分离设备。

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