CN104220920B - 颜色相关的孔径光阑 - Google Patents

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Abstract

提供一种光学系统，包括照明源、微镜阵列光学调制器和光学元件。微镜阵列光学调制器可选择性地调制光束、通过衍射和反射对光进行改向并且提供表现出依赖于入射在其上的光的光谱带宽的衍射手性的输出调制光束。光学元件具有颜色相关的孔径，其定义输出调制光束被透射的部分和被阻挡的剩余部分。由光学元件获取的每个输出调制光束的效率和对比度可由每个光束的窄光谱带宽、颜色相关的孔径的光谱特性以及微镜阵列光学调制器针对关联的光谱带宽的衍射手性独立确定。

Description

颜色相关的孔径光阑
相关申请的交叉引用
要求题为“Color Dependent Aperture Stop”、于2012年4月3日提交的美国临时专利申请61/686,318的优先权，其整体通过引用方式被并入于此。
本发明与同本发明同时提交的、题为“Projector Optimized for ModulatorDiffraction Effects”的第PCT/____________号[代理人案号I0002/869626]国际专利申请相关。
技术领域
本发明一般涉及用于电影显示的体系和方法，并且更具体地(虽然不必排它地)涉及具有孔径光阑尺寸及形状的投影透镜和具有孔径光阑尺寸及形状的照明系统，其中此二者或任一者可以在尺寸或形状上作为波长的函数而变化。
背景技术
在光学设计中，一个光学系统可能紧随着另一光学系统。在这种情况下，有效地将光从一个系统耦合到另一个系统可能是重要的。这可以通过例如使用三种考虑来完成。
首先，离开第一系统的光的工作f数(f-number)可与进入第二系统的光的工作f数相匹配，这可以帮助使光的轴向光束被有效地耦合。有效的耦合可以涉及成本和光通量。如果第一系统的f数小而第二系统的f数较大，那么通过将它们连接在一起，一些光可能会损失。如果第一系统的f数大而第二系统的f数较低，那么没有或者大体上没有光被损失但是第二系统“太昂贵”，因为它被超安全标准设计以工作在较大的孔径尺寸。因此，一种方法是将两个系统匹配起来。用于优化光学子系统之间的光的有效耦合的第二条件是确保第一系统的出射光瞳的定位可以与第二系统的入射光瞳的定位相同，这可以帮助光的离轴光束被有效地耦合。最后，任何在第一系统中完成的渐晕可以由第二系统中类似的渐晕相匹配。作为场位置的函数的渐晕(Vignetting)可以用来改变有效f数。假设光瞳定位和渐晕是在光学设计中被仔细考虑的细节，且假设系统具有圆对称性，那么工作f数、NA、锥角或者f数中的任一个(在无限共轭系统中)都可以用作匹配的标准。
在孔径光阑不再是圆形时(例如在光瞳掩模被使用时)，先前的项不再是常数而是作为角度的函数而变化。然而在某些角度下仍然存在最大半径，其对应于最大锥角和NA以及最小工作f数或f数。光学部件可以被设计成在这种条件下工作，因此与之前同样的匹配标准可以被使用。然而，可能要强加一个附加的条件，即第一系统的出射光瞳的形状和定向要与第二系统的入射光瞳的形状和定向相匹配。
匹配工作f数的原理通常被用在投影仪中的投影和照明光学部件的设计中。尤其，这被使用在DPL电影投影仪中，其使用由Texas Instruments Inc.of Dallas,TX提供的数字微镜器件(DMD)。DMD空间光调制器已经被成功采用在包括满足DC2K数字电影分辨率标准的数字电影设备的数字投影系统中。效率测量已经在这些使用DC2K芯片的系统上被执行，并且发现效率优化原理是有效的；然而，对于利用新的DC4K芯片的系统，没有发现原理同样有效地起作用。
独立于包括基于DMD和LCOS的投影仪的数字投影技术的发展，激光投影技术随着激光的发展已经逐步发展在相当独立的道路上。一个示例是在论文"Laser DigitalCinema Projector,"by G.Zheng et al.,Journal of Display Technology,Vol.4,pp.314-318(2008)中描述的系统，这个系统将激光改进到传统的基于2K DMD的数字电影投影仪中。在“A Laser-Based Digital Cinema Projector”,by B.Silverstein et al.(SIDSymposium Digest,Vol.42,pp.326-329,2011)中描述的第二示例性系统描述了使用2KDMD空间光调制器和普通光学部件的激光投影仪。
为了支持激光投影仪的发展，使用红色、绿色和蓝色激光执行了透射实验。不可接受的效率损失在激光波长和4K DMD器件的各种组合中被观察到。这些损失可能是由于增加的DC4K芯片的较精细的节距衍射。衍射在传播波(例如光波)遇到障碍物且其行为被修改时出现。例如，这可以发生在障碍物的尺寸与波长相似且障碍物包括多个、紧密排列的缝隙时。这还可以导致无法根据几何光学推断的光分布的复杂散布。
为了改善红光的透射，可以增加投影孔径光阑的尺寸。然而，打开投影光阑可能具有连续对比度降低的不良效果。连续对比度是通过测量全白图像的一个点处的亮度除以全黑图像的同一点处的亮度而获得的值。比红光对比度的适度下降，可能更期望红光透射的显著增益。由于孔径尺寸对于蓝光和绿光本来就合适，那么打开投影孔径会导致蓝光和绿光对比度的降低。这可能是不期望的，尤其是因为大部分的光通量是在绿色通道中。因此，存在对颜色相关的孔径的需要，以最大化红光透射但同时不降低绿光和蓝光的对比度。
M.Farr的第7,400,458号美国专利提供了在照明子系统中具有“依赖波长的孔径光阑”的投影系统，其中图案化薄膜涂层被提供在基板上。光谱上依赖得到的同心环的孔径光阑修改颜色通道光水平且提高了图像质量。C.Liu的第7,321,473号美国专利提供了具有透镜孔径的投影透镜，其中为了在颜色相关的基础上提高图像分辨率，光谱过滤器提供光谱上依赖同心环的孔径。类似地，R.English等人的第7,008,065号美国专利在照明系统或投影光学部件中提供了颜色平衡的孔径光阑或变迹孔径光阑。在这种情况下，使用光谱上依赖同心环的孔径和成形孔径光阑设计两者，目标是提高用于颜色平衡调整和设置白点的照明光水平，以及提高LCOS光阀的图像对比度。
尽管包括数字电影投影仪、使用来自Texas Instruments的数字微镜器件的投影仪是用于商业用途，但是还没有被广泛认识到的是随着特征已经变得较小，DMD器件的衍射行为已经改变了。当这样的器件被用于包括激光的窄带光源时，衍射效应会变得越发重要，并且将这些微镜视作简单的反射器件不再是充分的。因此，使用诸如DMD之类的微镜阵列调制器进一步改善投影仪的设计仍然是有机会的，包括通过使用优化的颜色相关的孔径。
发明内容
在一个方面中，光学系统被提供包括第一照明源、第二照明源、第一微镜阵列光学调制器、第二微镜阵列光学调制器和光学元件。第一照明源可以提供具有第一光谱带宽的第一光束。第二照明源可以提供具有第二光谱带宽的第二光束。第一微镜阵列光学调制器可以选择性地调制第一光束以编码第一光束上的数据。第二微镜阵列光学调制器可以选择性地调制第二光束以编码第二光束上的数据。第一微镜阵列光学调制器和第二微镜阵列光学调制器各自可以通过衍射和反射两者对光进行改向，并且可以提供表现出依赖于入射在其上的光的光谱宽度的衍射手性的输出调制光束。光学元件可以从第一微镜阵列光学调制器和第二微镜阵列光学调制器收集输出调制光束。光学元件具有至少一个颜色相关的孔径，其定义输出调制光束被透射的部分和被阻挡的剩余部分。由光学元件获取的每个输出调制光束的效率和对比度可以由第一光束和第二光束各自的窄光谱带宽、颜色相关的孔径的光谱特性以及相关光谱带宽的第一微镜阵列光学调制器和第二微镜阵列光学调制器各自针对关联的光谱带宽的衍射手性独立确定。
在另一方面中，光学系统被提供包括第一照明源、第二照明源、微镜阵列光学调制器和光学元件。第一照明源可以提供具有第一光谱带宽的第一光束。第二照明源可以提供具有第二光谱带宽的第二光束。微镜阵列光学调制器可以按时间顺序接收第一光束和第二光束，并且可以选择性地调制第一光束和第二光束中的每个以编码其上的数据。微镜阵列光学调制器可以通过衍射或反射对第一光束或第二光束进行改向，以提供分别表现出依赖于第一光谱带宽的第一衍射手性和依赖于第二光谱带宽的第二衍射手性的第一输出调制光束和第二输出调制光束。光学元件可以从微镜阵列光学调制器收集第一光谱带宽的第一输出调制光束和第二光谱带宽的第二输出调制光束。光学元件具有至少一个颜色相关的孔径，其定义第一输出调制光束和第二输出调制光束被透射的部分和被阻挡的剩余部分。由光学元件获取的第一输出调制光束和第二输出调制光束各自的效率和对比度可以由第一光束和第二光束各自的光谱带宽、颜色相关的孔径的光谱特性以及微镜阵列光学调制器针对关联的第一光谱带宽和第二光谱带宽的衍射手性独立确定。
在另一方面中，光学系统被提供包括第一照明源、第二照明源、第一微镜阵列光学调制器、第二微镜阵列光学调制器和具有颜色相关的孔径的光学元件。第一照明源可以提供具有第一光谱带宽的第一光束。第二照明源可以提供具有第二光谱带宽的第二光束。第一微镜阵列光学调制器可以基于表现出衍射手性的一个或多个微镜的开状态或关状态的命令选择性地调制光的第一入射光束以编码其上的数据。第二微镜阵列光学调制器可以基于表现出衍射手性的一个或多个微镜的开状态或关状态的命令选择性地调制光的第二入射光束以编码其上的数据。颜色相关的孔径可以接收来自第一微镜阵列光学调制器的输出调制光束和来自第二微镜阵列光学调制器的输出调制光束，并且提供给第一光束比第二光束更低的f数。第一微镜阵列光学调制器被选择用于提供针对光的第一光束优先开状态光效率的衍射手性，并且第二微镜阵列光学调制器被选择以具有针对光的第二光束优先关状态光学对比度的衍射手性。
提到这些说明性方面不是要限制或限定本发明，而是为了提供示例以帮助对其理解。另外的示例和特征在具体实施方式中讨论，并且提供了进一步的描述。由各种方面和特征中的一个或多个提供的优点可通过细阅该说明书或通过实践给出的一个或多个方面或特征而被进一步理解。
附图说明
图1是根据一个特征其中可以使用CDA的系统的框图。
图2是根据一个特征针对特定波段具有减小的工作f数的CDA的图。
图3是根据一个特征针对特定波段具有增加的工作f数的CDA的图。
图4是根据一个特征的非圆形的CDA的图。
图5A至图5B是根据特定特征用于通过使用三个投影透镜来实现针对不同颜色的不同工作f数的系统的框图。
图6是根据一个特征针对三个波段具有不同工作f数的CDA的图。
图7是根据一个特征的具有复杂形状的CDA图。
图8描绘了根据一个特征从DMD微镜阵列得到的光反射和衍射的方面。
图9a和图9b描绘了根据一个特征从微镜阵列得到的衍射级的出现。
图10描绘了根据一个特征来自微镜阵列的衍射级的示例二维布置。
图11a至图11f描绘了根据一个特征从微镜阵列器件得到的开状态衍射图样的特写图像。
图12a至图12f描绘了根据一个特征从微镜阵列器件得到的开状态衍射图样的横截面轮廓的特写图像。
图13描绘了根据一个特征的覆盖有示例性光学孔径的示例开状态衍射图样。
图14a至图14f描述了根据特定特征的收集效率或对比度的图表。
图15a至图15b描绘了根据特定特征连同从微镜阵列器件得到的衍射光使用的颜色相关的孔径的示例。
具体实施方式
图1为表示可以从使用CDA中获益的光学系统的一个示例的框图。光源100可以有不止一个波长。照明系统104可以发射光以形成均匀的光斑到部件108上，例如，在投影系统中部件108可以是空间光调制器(SLM)。部件108可以改变针对由光学系统使用的光的至少一个波段的角分布(即工作f数)。投影光学部件112的工作f数可能与照明系统104的工作f数不再对于光的所有波段都匹配。CDA 116可被配置在投影透镜中以使得投影光学部件的工作f数与从部件108接收到的光带的不同角分布中的每个相匹配。
图2示出了CDA 200，其被配置用于为红光创建相对于其它光带较小的光器件工作f数。CDA可以建在薄透明基板上，其中区域202是不透光的，区域204是红光透射滤光器而区域208是透明的。蓝光和绿光可以被透射通过区域208，但是取决于在区域204中使用的滤光器材料或多种材料的类型，任一者可以被吸收或反射。作为另一示例，红光可被透射通过区域208和区域204两者。使用区域204以允许更多的红光被透射可以使得光器件对红光有更小的工作f数。同时，区域208可以被配置使得该区域中没有基板存在，以允许更高的透射。
图3示出了CDA 300，其被配置用于为红光创建相对于其它光带较大的光器件工作f数，与针对红光CDA 200对光学器件的作用相反。区域302是不透光的，区域304是青色光滤光器，而区域308是透明的或者基板已经被切除的。青色与红色互补，诸如在光谱上互补，因此颜色加上它的互补色附加地产生白色。区域304中的青色光滤光器可以阻挡红光但允许蓝光和绿光被透射通过该区域。蓝光和绿光可以被透射通过区域308和区域304。红光仅可以被透射通过区域308。滤光器可以吸收红光，这可以帮助保持高的系统对比度。然而滤光器和周围的区域可能变得有热压力。滤光器可以反射红光，这可以解决发问题但是反射的光会降低系统对比度。再次强调，红光仅被用作举例。对于任何的光波段(或多个波段)，区域304可以具有互补的滤光器。
非圆形的光瞳可以在DLP投影仪中使用。图4图示了可以是非圆形CDA 400的非圆形光瞳。在制作CDA或非圆形CDA中，透明基板可以被掩蔽以创建任意形状的CDA。通过用掩模覆盖区域404和区域408并沉积吸收层，可以创建一种形状。吸收层可粘附于透明基板402未被掩模覆盖的部分。通过移除掩模覆盖区域404的部分(覆盖部分408的掩模保留)并在区域404上沉积滤光器涂层，CDA的部分可以被创建，其可以对于沉积的滤光器涂层允许被透射的光带具有比区域408更小的工作f数。防反射涂层可以被应用到所有或特定区域。例如，通过从区域408移除掩模和再次掩蔽区域404并应用防反射涂层，防反射涂层可以被应用到区域408，但非区域404。保留的掩模或多个掩模可以被移除且CDA被配置待用。
图5A示出了系统500a，在投射每个彩色图像时，它可以成像调制三个颜色波段的光，其中在由一个具有被配置成具有与每个颜色波段的光的角分布相匹配的工作f数的CDA512的投影透镜512接收时，一个或多个光带具有不同的角分布。红光可以横穿通过成像调制红光的SLM 502。绿光可以横穿通过成像调制绿光的SLM 504。蓝光可以横穿通过成像调制蓝光的SLM 506。三个成像的颜色光带可以用彩色合成仪508组合。三个成像的颜色光带可以由投影透镜510投射。投影透镜510具有其可以针对一个或者每个颜色波段的成像光具有不同的工作f数的CDA 512。
系统500B是可以成像调制三个颜色波段的光(其中在由与每个颜色波段的光关联的投影透镜接收时，一个或多个光带具有不同的角分布)的系统，其中在不使用CDA或CDA被配置成仅匹配一个颜色波段的光的情况下，每个透镜可以具有与正被接收和投射的颜色波段的光的角分布相匹配的工作f数。系统500B中没有使用彩色合成仪。透镜514可以投射红色成像光且可以具有基于孔径520的工作f数。透镜516可以投射绿光且可以具有基于孔径522的工作f数。透镜518可以投射蓝光且可以具有基于孔径524的工作f数。孔径520、522和524可以是不同的且允许针对不同波段的光使用不同的工作f数。然而，相比于使用被配置成与一个以上的颜色波段的光相匹配的CDA，可能存在缺点。首先，因为三个投影透镜被使用代替一个并且投影透镜通常是高成本商品，增加了成本。其次，存在三个不同的投影点(代替一个)并且这可能造成图像配准问题，尤其是在弯曲的屏幕上。在试图匹配所有三个投影透镜的放大倍数时，另一配准问题可能是显而易见的。除非两个或三个投影透镜具有缩放能力，实现每个投射的彩色图像之间的图像配准将是非常困难的。如果在光的红色、绿色或蓝色波段内仍然有工作f数变化，那么可能需要CDA来纠正变化。
工作f数可以定义为如下方程：
其中：NA是数值孔径，n是材料的折射率，θ是光锥半角。
对于用于匹配一个光学系统与另一光学系统的构思，工作f数、NA和锥角可以是可互换的。所使用的其它项包括f数或f光阑(f-stop)。决定工作f数的值的物理分量是孔径光阑直径。在摄像系统中对于位于无限远的物体：
其中：f是光学系统的焦距并且EPD是入射光瞳的直径。如从正在接收光的光学部件末端来看的，EPD即是孔径光阑的尺寸。
图6示出了CDA 600，其工作f数与三个波段的光匹配。CDA 600有三个不同透射光谱特性的区域。区域602可以是不透光的。区域604仅可以透射红光。区域608可以透射绿光和红光且区域601可以透射所有颜色的光。因此，红光可以横穿通过区域604、608、610且可以有最小的工作f数。绿光可以横穿通过区域608、610且可以有较大的工作f数。蓝光可以横穿通过区域610且可以有最大的工作f数。如果必要，区域的数目可以增加，且仅受限于成本和工艺的考虑。考虑诸如氙弧灯之类的具有连续波长分布的光源。工作f数还可以从最短波长到最长波长连续变化。这种变化可以由阶跃函数近似，其中增加阶跃函数的数目可以提高近似程度。接着，每个阶跃函数可以由CDA的区域表示，其中区域的直径与工作f数有关且区域的光谱滤波函数与对应于该工作f数的波段有关。
图7示出了可以是复杂形状的CDA 700的示例。区域704被示出用于参照的目的，并且表示第一波段的光在光瞳平面的衍射图样。通常，衍射图样可以具有复杂的形状。衍射图样可以使用诸如ASAP(高级系统分析程序)、light tools等之类的光学分析软件来计算，或者被测量。区域706示出了大多数但非全部的衍射光如何可以通过使用滤光器而被准许通过，以透射第一波段的光。准许通过多少衍射光可以由设计者根据亮度与对比度之间的权衡来选择。有切口的环形近似被示出，但是也可以使用其它形状。区域708示出了其中光已经在低得多的程度上被衍射的区域，且宽带防反射(AR)涂层被应用以允许透射可用的波长。附加的切口被示出在710处。这可以移除所有透射波长的衍射和未衍射的光两者。对应于这些方向的光可以产生无法接受的对比度下降。CDA 700的构造可以使用与针对CDA 400描述的类似技术来执行。在这个示例中，孔径的尺寸和形状根据穿过它的光波长是不同。
DMD光学调制器器件的操作被描述在图8中。入射光束920可以与包括形成在基板970上的微镜955的微镜阵列950相互作用。基板970可以是图案化有在施加信号时使得给定微镜955(或像素)可控倾斜的电子线路和微电机械子结构(例如铰链(hinge))两者的硅晶片。图8还描绘了三个不同状态下的微镜955：“开状态”960、“关状态”965和无动力状态962。标称上，入射光可以从微镜955的前表面反射，使得与表面法线的反射角等于入射角。对于在无动力状态962下的微镜955，出射光束925可以显示出标称反射，好像它从平行于基板970前表面的平面镜被反射。在工作中的投影仪中，入射光可能很少被施加到无动力状态962下的微镜阵列。对于在开状态960下的微镜955，入射光可以被改向以提供对应于开状态光或成像光的出射光束925，其可转送到具有孔径985和光轴940的光学部件980。光学部件980可以是具有限制孔径的光学元件，其可以是透镜或透镜组(例如投影透镜)。对于在关状态965下的微镜955，入射光可以被改向为关状态光的出射光束925，其可被束流捕集器967捕获并吸收。根据在给定时间处在开或关状态下的微镜的图案，图像数据可以被编码到从微镜阵列950出射的光中。DMD微镜光学调制器器件可按像素缺陷来分类，像素缺陷较少的器件(具体地，较少的像素缺陷在器件的中心部分中)被用于绿色或红色成像通道而非蓝色成像通道。
在DMD器件技术发展的早期，单独的微镜955或像素是相当大的，大约30μm平方。随后，器件的分辨率随逐步变得较小的像素已经提高，从上世纪90年代的约17μm平方发展到2K数字电影投影仪的13.8x13.8μm(2005)，并且最近达到DC4K器件的7.5μmx7.5μm像素(2011)。随着微镜955的尺寸已经减小并且特征尺寸已经变得更小，诸如器件中DMD微镜955间的镜倾斜度变化之类的问题已经变得更加显著并更加难以在器件的制造期间控制。同时，随着微镜尺寸的减小，衍射效应变得愈发重要，且微镜阵列950可以被认为是可编程的闪耀光栅。作为衍射光栅，衍射的方向性可通过光栅公式来建模，mλ＝d(sinθi±sinθm)，其中m是衍射级，d是光栅节距，θi是入射角而θm是输出衍射光的角度。闪耀光栅可以具有传统光栅的节距d，但是还有倾斜的表面，该倾斜的表面可以将光通量引入特定的级，从而增加其效率，同时最小化其它级的剩余功率(特别是零级)。对于在开状态960下的微镜955，入射光可以被标称改向为由镜面反射指示的方向中的开状态光，但是效率被衍射改变。因为一些光可以被引入其它衍射级(闪耀然后可以部分恢复)，相对于平面镜表面，衍射效应可以造成效率的损失。
在其中照明源在给定的颜色通道中具有光谱带宽Δλ的投影仪的情况下，衍射光的角方向θm可以针对给定的级数m而改变。通常，颜色通道中给定的激光根据底层技术可以有0.1nm至1nm的光谱带宽。然后颜色通道中的全体激光可以组合以提供窄的整体光谱带宽Δλ(其是约2nm至7nm宽)。同样地，如如果会聚光而非平行光被直射向微镜阵列950可能发生的，随着入射角θi改变，输出衍射角θm也可以移动。微镜955的镜表面的残余表面粗糙度也可影响反射的衍射开状态960或关状态962光的方向性。入射光束920可在复合角下被引入到微镜阵列950，并且因此经历二维衍射光栅结构，使得可能难以准确预测或模拟衍射行为。
图9a至图9b更详细地描绘了来自微镜阵列950的一部分的光反射和光衍射的特定方面。图9a提供了来自在被认为是闪耀衍射光栅时的DMD的衍射几何。入射光束920可以以相对于器件法线的θi角入射到微镜阵列950。微镜955的一部分可被激活以倾斜到开状态，其中镜倾斜角(例如12°)等于光栅闪耀角θb。出射光束925可以以角度θm离开微镜阵列950，其中mλ＝2d sinθb*cos(θi-θb)。几何学上，闪耀角θb可以是器件法线972与镜面法线974之间的夹角。闪耀光栅可以优化以实现被引入给定衍射级的衍射光的最大光栅效率。光学上，对于与光栅被优化(或闪耀)的闪耀波长相匹配的衍射光，闪耀角可以是最大效率的方向。
图9b示出了可能产生的多种出射光束925或输出衍射级(m)，包括对应于无动力状态下的反射光方向的0级光束(m0)。图9b图示了六个衍射级的示例集，其中三个级(m＝2,3,4)可以变为通过光学部件980的孔径985收集的开状态光960锥。
来自可以是可变的二维光栅结构的微镜阵列950的衍射可以远比图9b中的更复杂。衍射可以在两个维度发生，而不是在平面中。例如，图10描绘了衍射图样1200的图像，其是通过将平行激光束直射向微镜阵列950的开状态像素，从而生成开状态衍射光960、弱的无动力状态光962、弱的关状态光965以及大量的其它衍射级而创建的衍射斑点的二维阵列。虽然衍射级的位置可以通过光栅方程来预测，在会聚光或发散光被直射向器件时，表示可能光学上有用的和可收集的光的有效开状态衍射光960可以横跨较大的区域(衍射图样1200a)。这个可能被收集的衍射图样1200a可以更复杂，因为衍射效率和输出方向作为入射光的波长和带宽(Δλc)、由于让会聚光束(如在F/6处)聚焦到微镜阵列950上的入射角(θi)变化、微镜955的倾斜度变化和表面质量变化以及大量其它因素的函数而变化。因此，前进在孔径985的大体方向上的衍射光的方向性、效率和聚集光轮廓可能难以预期。此外，可用于闪耀衍射光栅的已发表的理论和实验数据几乎排它地致力于一种特殊情况：Littrow配置，其中闪耀角被选择使得衍射角和入射角是恒等的，且衍射光束基本上后向反射到入射光束上。由M.Bottema发表在SPIE Proc.Vol.240,pp.171-176,(1980)上的论文EchelleEfficiency and Blaze Characteristics提供了用于分级型闪耀光栅的衍射效率的模型，但是作为与Littrow条件的偏差。然而，微镜955不是在接近Littrow条件的定向上被使用在投影仪中，而且它们比刻蚀在玻璃中的固定的光栅结构要复杂的多。
考虑到预测从投影系统中使用的微镜阵列950的衍射细节的难度，可以执行若干DMD器件的小型实验测量。作为第一示例，图11a描绘了在4K分辨率的DMD被光照射有以约24°的复合入射角入射到器件的一小部分的绿色543nm激光的会聚F/6光束情况下，开状态下的衍射图样。在这种情况下，左手衍射图样1210出现，它具有分布于初级衍射级1230的左方和下方并且被定位更靠近无动力状态962下的衍射级(零级)的主要的第二衍射级1235和第三衍射级1240。图12a描绘了关联的沿图11a的a-a轴扫描的横截面衍射轮廓1250，其具有可以是约±5°宽的明显衍射峰1255和沿左侧逐渐减小的衍射尾1260。作为第二示例，针对入射到第二4K分辨率DMD器件的绿色543nm激光的F/6光束，图11b描绘了衍射图样并且图12b描绘了关联的衍射轮廓1250。在该第二种情况下，右手衍射图样1220出现，其具有分布于初级衍射级1230的右方和上方并且在无动力状态962下被定向远离零级的主要的第二衍射级1235和第三衍射级1240。尽管开状态衍射级的聚集可以描述复杂形状的光束或者传播远离调制器的光锥，衍射手性可以是对平面中衍射级布置的可视化或空间描述。图11a至图11b的图像是从彩色图像被转换成灰度图像，并且纸上的表观密度可能不能准确指示真实的光密度。
相对于图10的衍射图样1200，左手衍射轮廓1210和右手衍射轮廓1220是衍射图样1200的示例部分(1200a)，并且对于在会聚入射光而非平行光的情况下开状态960经历的成像，可以是可收集的。图10的上下文中，左手衍射图样1210可以具有更靠近无动力状态962的第二和第三衍射级，且右手衍射图样1220可以具有进一步远离无动力状态962的第二和第三衍射级。
图13描绘了覆盖有两个光学孔径985的图11a的示例绿色左手衍射图样1210。图11a的绿色左手衍射图样1210可以表示复杂光束或者从微镜阵列表面展开并且碰到孔径985所在的表面(在那里一些光被透射而其它光被阻挡)的光锥。小的光学孔径可以具有支持标称仅允许初级衍射级1230进入下游的收集光学部件980(例如投影光学部件112)的f数(或例如F/6的F#)或数值孔径(NA)的半径。可选择的，它可以具有支持针对其至少第二衍射级1235的一部分和更高衍射级(例如第三衍射级1240)的一部分被收集进入孔径985的更小f数(例如F/3)或者更大NA的尺寸。图14a描绘了针对提供图11a左手衍射图样1210的器件的绿色激光测试的光收集效率相对于f数的示例，图14a示出收集孔径985的光收集效率(左手效率1270)随f数的降低而增加。这个效率的测量可以通过保持常数F/6处的光照f数且改变收集f数而完成。类似地，图14b描绘了为绿光中的左手对比度1280的示例数据，从而展示了在器件处于关状态时光漏进收集孔径985的对比度随f数的增加而增加。对于孔径985，更大的f数会提供更好的对比度，但是更小的收集效率。
可以检查针对提供绿色左手或右手衍射图样1220的微镜阵列950的效率和对比度。例如，图14a描绘了针对提供图11b的右手衍射图样1220的器件的绿色激光测试的效率相对于f数的示例，其示出绿色激光收集效率随收集F#减少而增加(对应于较大的孔径985)。左手衍射图样1210的左手收集效率1270在F/6处约为62％，可以大于约为57％的右手衍射图样1220的右手衍射效率1275。一般来说，这个区别对于更大的f数(更小的孔径985)可以保持，虽然对于F/3孔径，两条曲线可以会聚到几乎一样的效率(约71％)。衍射F/6绿色照明光的F/6收集效率的范围可以在56％至65％之间。
对于图14b，来自具有图11b的绿色右手衍射图样1220的器件的关状态泄漏的右手对比度1285也会随f数的增大而增加，但是对比度低于在左手情况下(1280)所经历的。在任一情况下，针对光效率优化f数(例如在F/3处)会降低圆形孔径985情况下的对比度，而针对对比度优化f数(例如在F/6处)会降低效率。
对于DMD微镜阵列950的样品组，左手衍射或右手衍射器件的数目可以是大约相等的，但是绿光中的左手器件比绿光中的右手器件表现出更高的收集效率和更高的对比度结果。4K DMD微镜阵列光学调制器可以针对绿光性能来测试和分类，其中表现出左手衍射的器件可以提供显著较高的效率和对比度。
在具有7.5μm像素节距的4K DMD微镜阵列950并且约24°的复合入射角下543处的入射绿光的情况下，参数的组合可以大致上满足闪耀条件，从而最大化进入一个级(初级衍射级1230)的光，会聚入射光的存在增加了进入其它衍射级的散布。通过比较，入射630nm至640nm范围内的红光到4K DMD器件不满足闪耀条件，并且比起绿光情况下所看到的，更多的光会分布在初级衍射级1220的外部。
特别地，4K DMD微镜阵列950样品组中的器件可以针对在暴露到绿色、红色或者蓝色激光时的衍射、光收集和对比度性能来测试。图11c描绘了在开状态下的4K分辨率的DMD生成的衍射图样，其中红色632nm激光的会聚F/6光束以约24°的复合入射角入射到器件的一小部分。在这种情况下，右手衍射图样1220会出现，其具有分布于初级衍射级1230的右方和上方的主要的第二衍射级1235和第三衍射级1240。图12c描绘了关联的沿图11c的a-a轴扫描的横截面衍射轮廓1250，其中衍射峰1255和衍射尾1260均比在绿光中看到的宽得多。作为632nm入射红色激光的F/6光束的第二示例，图11d描绘了针对不同微镜阵列950的衍射图样，并且图12d描绘了关联的衍射轮廓1250。在该第二种情况下，左手衍射图样1210出现，其具有分布于初级衍射级1230的左方和下方的主要的第二衍射级1235和第三衍射级1240。图11c至图11d的红色衍射图样可以比图11a至图11b的绿色衍射图样更大且更复杂，因为成比例地，更多的光可以存在于第二衍射级1235和第三衍射级1240，并且更多的光可以存在于交叉的衍射级1245以提供“凌乱的”衍射图样(相比于图11a至图11b的较整齐的衍射图样)。
当用绿色激光测试时，在不同尺寸的孔径985的情况下关状态泄漏和入射会聚红色激光的收集效率和对比度两者对于在F/6到F/3范围内的不同f数可以是相等的。图14c描绘了收集效率相对于f数的示例，并且示出了在大f数(例如F/6)处器件表现出具有右手收集效率1270(约44％)的红色右手衍射，该收集效率高于器件表现出的红色左手衍射的左手收集效率1275(约41％效率)。当用绿色激光测试时，左手和右手曲线两者可以在F/3处会聚于同一近似效率(约70％)。对于整体的器件组，F/6衍射的照明红色激光的F/6收集的效率结果(39％至47％)可以比绿光中所看到的低。红色右手器件的光效率可以比红色右手器件的高，尽管两个组可以足够接近以在F/6处所看到的效率范围内稍微重叠。
在红光中是左手手性的微镜阵列的对比度示例曲线在图14b中被描绘为左手红色对比度1287。在红光下，如在绿光下的，对比度随f数的增加而增加，尽管红光对比度一般要比绿光对比度低。提供红色右手衍射的器件可以比具有红色左手衍射的器件有更高的红光对比度。尽管图14b没有示出红色右手对比度曲线，但是红色右手对比度可以达到或超过图14b中示出的绿色右手对比度1285。在红光中提供右手衍射的微镜阵列器件可以比在红光中提供左手衍射的器件表现出不仅更高的光效率而且更高的对比度。在一些红色左手器件的对比度和效率比一些红色右手器件更高的情况下，差别可以是小的并且组可以重叠。在543nm绿光下是左手手性的微镜阵列器件在632nm红光下可以是右手手性的，使得给定的表现最好的器件倾向于对绿光和红光均是如此。虽然这可以造成器件选择冲突，左手与右手的差别可以在绿光下更明显，但在红光下不那么明显，从而说明在为红光使用选择器件时可以有更大的回旋余地。
同样的DMD微镜阵列950组可以通过暴露到464nm的蓝色激光来测试。如图11e和图12e所示，在蓝色激光下看到的左手衍射图样1210和衍射轮廓1250可以与在绿色激光下看到的衍射图样(图11a和图12a)相似。然而，图11f和图12f描绘了与红光下看到的那些类似的蓝光右手衍射图样1220和衍射轮廓1250。这些相似性反映在其中收集效率与蓝色手性强烈映射的图14d中，其中蓝色左手器件类似于绿色左手器件针对衍射的蓝色F/6照明光具有约62％的F/6左手收集效率1270，而蓝色右手器件类似于红色右手器件具有仅约45％的右手收集效率1275。表现出蓝光右手手性而非蓝光左手手性的微镜阵列950可以表现出比在红光或绿光中看到的更大范围的衍射光分布。特别地，非明显为蓝光左手的器件可以是如图11f所描绘的蓝光右手的，或者可以具有其中衍射级的布置提供几乎对称的衍射光分布(至少沿两个轴)的中间手性。
尽管图14b中没有示出蓝色对比度的曲线，但是具有蓝色左手手性的器件也可以比具有蓝色右手手性的器件有更高的对比度(约1.5倍)；然而，最好的蓝光对比度可能低于在红光或绿光下实现的对比度。虽然这可能是不期望的，并且在实际的投影仪中可能出现或者可能不出现，人眼对蓝光对比度的敏感度要低于对红光或绿光的对比度，并且差别是可接受的。
对于蓝色激光是左手的并且具有最好的蓝光效率性能的微镜阵列950与在绿光下是右手的并且具有最差的绿光效率性能的器件可以是相同的器件。尽管左手衍射微镜阵列器件在绿光和蓝光两者下都可以是有利的，但是这两个组可以是互排它的并且对于相同的器件没有竞争性。通过比较，当红光下的手性看起来弱时，其他红光器件的选择标准(例如像素缺陷)可以具有更大的优先性。
如上提到的，左手或右手衍射手性、收集效率和对比度在改变器件暴露在红光(632nm)、绿光(543nm)或者蓝光(464nm)的情况下可以是依赖于波长的。手性可以在一个颜色内变化。例如，在448nm的蓝光下的器件，对于相同的器件在448nm处可以得到和464nm处相似的收集效率，但是衍射手性可以切换，在464nm处给出具有更高效率的左手衍射的器件在448nm处是右手衍射器件(其还可以具有比其它器件更高的效率)。如果颜色通道没有重叠，在这些测试源间的光谱分离Δλs可以是约18nm。如果两个源有足够大的光谱带宽(Δλc)以大幅横跨这个分离带宽，那么两种衍射手性都可以出现并且同时且大幅地彼此消除。这会使颜色相关的孔径的值复杂化，但是不必要将其否定。
作为另一示例，衍射手性可以针对替代的红色激光波长(664nm而非632nm)来进行检查。波长间大的光谱分离(Δλs＝32nm)可以在一种颜色内提供不同的手性。在这种情况下，被测试的微镜阵列950可以表现出红色右手衍射，但是一些器件可以提供凌乱的左手衍射图样(类似于图5c)，然而其他器件可以提供斜的衍射级被减弱的整齐的右手衍射图样(类似于图5b)。在632nm处提供凌乱的右手轮廓的器件(像图5d那样)可以是在664nm处具有较整齐的衍射轮廓的器件。
器件的衍射手性还可以不随入射角的变化而改变，尽管照明入射角的扭曲可以修改衍射光的方向性。入射光是否聚焦到微镜表面上或者在那些表面之前或之后，也可以对手性或效率的影响很小。衍射手性可以不依赖于入射光的偏振，尽管收集效率可以是依赖偏振的。
当系统光效率和对比度可以依赖于衍射手性，并且手性可随入射光谱带宽改变时，可以实现一个测试和分类器件的程序。具有标称照明f数的光的会聚光束可以被直射向微镜阵列950的一部分。光束可以被聚焦以照射表示1mm2或者更小的区域，或者至多几千个像素。视觉上或者通过使用机器视觉系统，得到的衍射级的布置然后可以被分类为左手的、右手的、中间的或者其它。潜在地，每个器件可以在每个颜色通道的每个标称波长下被测试，或者以提供其更多详细的数据。在诸如图5a所示的之类的三原色系统中，这样的测试可以是易于控制的，但在六原色(6P)立体系统的情况下，可能要求大量的测试，因为每只眼睛可以接收唯一的波长集(例如R1G1B1和R2G2B2)。
替代地，这个示例方法可以用来在统计上关联不同用途的光谱与衍射手性和平均器件微镜倾斜度两者，并且然后器件可以至少通过使用测得的镜倾斜度数据来进行最初的分类。衍射手性可以具有一些关联。例如，在543nm绿光下测试为左手手性的器件在464nm蓝光下可以是左手手性或者在632nm红光下可以是右手手性或者在448nm蓝光下可以是右手手性。替代地，当用664nm测试时，手性可以是不变的，但是衍射图样可以基于每个器件相对于交叉衍射级的强度而变化。结果，利用单一激光颜色的单一测试可以确定照射波长位置的范围的手性，并且使得一大部分器件能够被快速分类以用于使用。在543nm绿光下测试为右手手性的器件在其它波长下可以产生更宽范围的衍射手性响应。这种针对衍射手性来分类器件的测试类型还可以包括光收集效率和对比度的快速测量以进一步提供特性数据。
作为针对衍射手性可能快速分类器件的另一补充方式，在DMD微镜阵列的情况下，衍射手性可以与跨器件的平均镜倾斜度关联。例如，具有11.8°的平均微镜倾斜度的器件对于543nm的绿光可以提供左手衍射图样，或者对于632nm的红光可以提供右手衍射图样，并且相比于对于543nm绿光给出右手衍射图样或对于632nm红光给出左手衍射图样的器件，提供有利的效率和对比度结果。这些其在543nm和632nm下提供较差的结果并且其可以具有12.7o的平均微镜倾斜度的后者器件，可以是其在464nm下为左手手性且可以提供较好的效率和对比度结果的相同器件。如果衍射手性通过使用对器件统计上有效的取样针对特定波长或光谱带宽提前测试来确定，DMD微镜可以随后基于测量的镜倾斜角被分类，针对不同的光谱优选不同的平均镜倾斜角。具有中间镜倾斜度(约12.3°至12.4°)的器件对于某些光谱还可以证明是有利的。器件的平均镜倾斜度可以比绝对镜倾斜度变化更加重要，因为具有±0.05°至±0.20°的平均镜倾斜度变化的4K DMD器件可以不遭受跨器件的显著的手性变化，并且可以提供跨器件均匀的高效率。一些DMD微镜阵列可能遭受约1.0°的大的峰值镜倾斜度变化。
考虑图14a、图14c、图14d的效率图，不管暴露波长(红色、绿色或蓝色)或针对该波长经历的衍射手性，接近F/3看到峰值效率。而且，在F/3处，所有波长的峰值效率可以会聚到相似的窄范围(约69％至72％)，尽管在更高的f数下看到宽范围的效率测量结果。考虑图14b的对比度曲线，在高f数(例如F/6)下经历峰值对比度。这个趋势可以对于左手或右手器件是真实的，尽管实际达到的对比度数值会在比会聚峰值收集效率的变化范围大得多的范围内变化。在后面的情况中，小量的杂散光可以导致对比度测量的差别，从而导致结果对阻挡物和测量噪声敏感。光收集F数的确定可以依赖于是收集效率还是图像对比度具有更大的优先性，或者平衡的优先性可以驱动中间值(例如F/4.5)。在使用其操作由衍射大幅复杂化的微镜阵列950的光学系统中，最佳的孔径985的确定可以由其它因素确定，诸如优化投影透镜MTF或降低跨微镜阵列器件的效率变化的影响。
替代地，如果颜色相关的孔径被用于增强对比度，具有较小f数(例如在F/3.5至F/4的范围内)的较大的光学孔径985可以变得更可接受。先前在图7中，具有复杂形状的CDA700具有示例区域704或706，其可透射或阻挡指定光谱带中的衍射光部分。这种方式可以延伸到图11a至图11f中见到的示例DMD衍射图样。依据哪个光将被用于成像(投影)以及哪个光被拒绝(阻挡)以降低杂散光和提供图像对比度，收集孔径985并且具体地颜色相关的孔径的定义和位置可以确定哪部分衍射光是光学有用的。
特别地，图15a示出了应用于图11a所示的示例性绿色左手衍射图样1210的示例CDA 800。光阻挡元件805和810可被策略地应用在孔径985的边缘周围以阻挡杂散光或者来自不需要的衍射级的光(包括来自交叉衍射级1245的余光)。在这些阻挡元件可以最低限度地降低开状态下的透射光的同时，在暗态或关状态下被阻挡的少量光可以提高对比度或对投影的屏幕图像的适当部分中的黑度的感知。如果光学系统中仅有绿光要被阻挡，那么阻挡元件805和810可以是不透光的，尽管如果替代地使用绿光右手衍射微镜阵列，不同的设计可以被使用。例如，考虑图11b，在对角相对的位置中可能需要拐角光阻挡元件805。在这种情况下，因为要保持对称性，所以用于绿色左手衍射器件的阻挡元件805和810的相同布置可以关于光学中心旋转180o并且用于绿色右手衍射器件。这个示例假设使用543nm绿光。如果使用诸如532nm或565nm处之类的不同的绿色激光，那么手性和CDA阻挡可能不同于543nm绿光情况。
考虑图11e的示例蓝色左手衍射图样1210，其具有与图11a的绿色左手衍射图样1210相同的定向，图15a的示例CDA 800可用于阻挡绿色和蓝色通道两者的杂散光以提高其中的对比度。如果蓝色和绿色衍射图样是足够相似的，阻挡元件805和810对两个光谱都可以是不透光的。然而，考虑关联的图12a和图12e的横截面衍射轮廓1250，两个衍射峰1255可以几乎是一样大小的，但是衍射尾1260可以不完全相同。两个颜色通道可以使用具有相同尺寸(例如F/4.5)的孔径985，但是然后对于两种颜色阻挡不同的杂散光。例如，一个或多个附加的阻挡元件815可以被添加到CDA 800，其阻挡蓝光但透射绿光，因为蓝光倾向于具有较低的对比度进入收集孔径985且可以得益于附加的阻挡物。这个示例阻挡元件815可以是二向色滤光器或光吸收滤光器，其至少阻挡蓝光并且至少透射适当光谱的绿光。这些光阻挡元件的尺寸(例如按英寸)和形状可以被剪裁到收集孔径985内的衍射光的物理尺寸。
在给出凌乱的衍射图样的微镜/照明波长组合的情况下(诸如图11f的示例蓝色右手衍射图样1220或图11c、图11d的红色左手和右手衍射图样)，在颜色相关的孔径内提供阻挡区域会是更困难的，因为对杂散光的光阻挡也可以对透射有显著的影响。在这样的情况下，如图15b中描绘的，可能期望提供更大的孔径(例如F/3.5)，并且然后添加适当的光阻挡器件820。例如，如果这些光阻挡元件旨在提高红色对比度并且他们完全在由绿光和蓝光限定的孔径的外部，那么这些元件可以是不透光的。但如果这些红色阻挡元件820覆盖旨在透射绿光或蓝光的区域，那么光阻挡可能需要是有光谱选择性的。然而，更可能的是，红光所需的更大的孔径意味着一个或者更多的图15a所示的光阻挡区域805、810和820可以被用于透射红光同时阻挡绿光和/或蓝光。于是光阻挡元件可以是至少阻挡蓝光或绿光同时透射红光的二向色滤光器或光吸收滤光器。
颜色相关的孔径可被剪裁至在不同光谱带下被测试的器件间发现的衍射手性的可用选择。例如，具有绿色左手衍射器件、蓝色左手衍射器件以及红色右手衍射器件的光学系统的CDA可以在结构上不同于具有绿色右手衍射器件、蓝色左手衍射器件以及红色左手衍射器件的光学系统的CDA。这种定制可能是有问题的，因为可以有至少27种可能的组合。在其可以被制作为玻璃基板上的光学薄膜涂层的二向色滤光器的情形下，可以支持有限数目的CDA滤光器配置并且可以匹配对于CDA的调制器的光谱衍射手性。在器件手性可以依赖波长(包括颜色)而改变，从而使得器件能够灵活被分类以匹配减少的CDA滤光器配置集时，这可以是易于控制的。替代地，如果CDA滤光器可以被图案印刷在光学基板上(这在使用染料或色素的光吸收滤光器情况下是完全可能的)，CDA滤光器的配置灵活性可以被增加。
图15a的示例孔径985或CDA可以具有附随的创建复杂孔径形状的光阻挡元件805、810和815，其可以透射具有光谱上可以改变的复杂外形的光束或光锥。孔径985还可以具有更简单的形状，并且可以是如图13所描绘的圆形。在那种情况下孔径可以按规定尺寸制作以使最大光谱光束的一部分通过(诸如图11c、图11d的红色衍射图样的光束)，而遭受较少衍射散步的光束(例如图11a、图11b的绿色衍射图样的光束)不能填满孔径985。在后面的情况下，孔径可以是非均匀填充不满的，从而提供非均匀的f数(其是不同于由第一(红色)光谱经历的有效f数)。无论光束是否填充不满光阑或者包括使用的颜色相关的光阻挡元件的光阻挡元件，对于光谱光束得到的f数不会被简单描述。因此，对于任何衍射的光谱带宽，参考最大f数、最小f数、平均f数、加权平均f数或者工作f数可能是适当的。然后，例如，平均f数可以基于所使用的微镜阵列以及由该器件针对所使用的光谱提供的衍射手性和衍射轮廓针对不同的颜色通道而改变。
尽管图5a所示的示例投影仪是具有红、绿和蓝空间光调制器150或者微镜阵列50的三芯片系统，但是方面可以被使用具有其它投影仪构造。例如，在单芯片、颜色连续的投影仪的情况下，调制器器件可以针对三种相关光谱带宽的衍射手性来表征，并且颜色相关的孔径或照射光束可以针对特定颜色的衍射特性来优化。尽管光源已经被描述为激光，可以使用诸如滤光的LED光源或者超发光二极管(SLED)之类的其它窄带光谱光源。尽管光源已经被描述为可见光源，还可以使用非可见光源(无论紫外还是红外)。在这些其它光谱范围内的“窄的”光谱带宽可以不同于在可见光谱范围内的窄的光谱带宽。
颜色相关的孔径及其连同具有部分衍射响应的微镜阵列器件的使用已经被指向在光学投影系统中使用。然而，包括被剪裁到衍射手性的颜色相关的孔径的光学系统可以在光学上对于包括例如医学成像器件的其它应用是有用的。作为另一方面，尽管方法已经被应用于微镜阵列并且具体地DMD微镜阵列光学调制器，原则上，方法可以被使用具有用于投影和其它目的的其它空间光调制器技术。随着激光被越来越多地使用在具有空间光调制器的成像系统中，并且这些调制器器件的像素和子像素特征变得越来越小，光学衍射可以受到越来越多的影响。在其中诸如手性或其等效物之类的器件和光谱带间的衍射图样差别出现的环境中，颜色相关的孔径方法可再次被应用。
在每个提供的示例和解释中，存在其中光学系统的设计可通过使用CDA而被功能地优化的一些情况。例如，如果CDA 200可以在投影透镜中使用，其中红光的工作f数被定义小于绿光和蓝光的工作f数。这可以产生比允许所有三种颜色的光(即RGB)处于较低的工作f数更好的设计。也可以利用CDA改进之前设计的系统并且仍然得益。例如先前设计的具有标准孔径光阑的投影透镜可以通过使用CDA代替标准孔径光阑来改变。光阑尺寸可以仅针对红光被增大(即f数减小)，这可以增加红光透射。透镜对于红光的像差也可能会增加，但是这可以被认为是可接受的权衡。因此，对于光学系统来说可能会得益于使用CDA作为器件中孤立的下降(drop)，即使系统没有明确被设计具有CDA。
本发明的特征(包含图示的特征)的前述描述已经仅用于图示和描述的目的而给出，且并不旨在是穷举式的或将本发明限制于所公开的精确形式。在不脱离本发明的范围的情况下，其大量的修改、适应和使用对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (32)

1.一种光学系统，包括：
第一照明源，用于提供具有第一光谱带宽的第一光束；
第二照明源，用于提供具有第二光谱带宽的第二光束；
第一微镜阵列光学调制器，用于选择性地调制所述第一光束以编码其上的数据；
第二微镜阵列光学调制器，用于选择性地调制所述第二光束以编码其上的数据，其中所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器均适于通过衍射和反射两者对光进行改向并且适于提供表现出依赖于入射在其上的光的光谱带宽的衍射手性的输出调制光束；以及
光学元件，用于从所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器两者收集所述输出调制光束，所述光学元件具有定义所述输出调制光束被透射的部分和被阻挡的剩余部分的至少一个颜色相关的孔径，其中基于所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器中的至少一个针对关联的光谱带宽的衍射手性，来对所述颜色相关的孔径设置尺寸和成形，
其中，由所述光学元件获取的所述输出调制光束各自的效率和对比度被配置成由所述第一光束和所述第二光束各自的窄光谱带宽、所述颜色相关的孔径的光谱特性以及所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器各自针对关联的所述光谱带宽的所述衍射手性独立确定。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中针对给定的微镜阵列光学调制器的特征衍射手性被配置成至少部分地根据针对所述给定的微镜阵列光学调制器测得的微镜倾斜度来确定。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中针对给定的微镜阵列光学调制器的所述衍射手性是左旋的、右旋的或中间的。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其中所述衍射手性被配置成相对于无动力状态零级的至少初级和二级的布置来定义。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一微镜阵列光学调制器或所述第二微镜阵列光学调制器中的至少一个被配置成针对一个或多个光谱带宽被测试以确定所述衍射手性。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器被配置成通过将具有选定光谱带宽的入射光指向调制器器件且表征相对于无动力状态零级的衍射级布置而被测试。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器均基于所述衍射手性以及所述孔径的光阻挡和光透射部分的配置被匹配具有限制孔径。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一照明源和所述第二照明源适于提供可见光并且具有≤7nm的窄光谱带宽。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径的光阻挡部分的形状和尺寸被配置成被剪裁以阻挡在初级衍射级和至少一个毗邻的第二衍射级的边缘处的光，其中所述初级衍射级和所述第二衍射级描述在受到给定光谱带宽的入射光时所述第一微镜阵列光学调制器或所述第二微镜阵列光学调制器的所述衍射手性。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光谱带宽和第二光谱带宽不重叠。
11.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一微镜阵列光学调制器或者所述第二微镜阵列光学调制器中的至少一个是DMD器件。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径被配置用于接收各自具有不同的平均f数的两个不同波段的光，使得所述颜色相关的孔径适于具有匹配一个波段的光的所述平均f数的第一平均f数和匹配另一个波段的光的所述平均f数的第二平均f数。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径包括多层介质涂层、光吸收染料或色素、不透明表面或者它们的组合。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径是非圆形的。
15.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径具有为了最大透射而被移除的中间部分。
16.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径具有三个或更多区域以匹配三个或多个波段的光的工作f数。
17.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径适于降低至少一个光谱波段的光的工作f数。
18.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径适于增加至少一个波段的光的工作f数。
19.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括光学投影系统以用于提供图像给显示表面。
20.一种光学系统包括：
第一照明源，用于提供具有第一光谱带宽的第一光束；
第二照明源，用于提供具有第二光谱带宽的第二光束；
微镜阵列光学调制器，用于按时间顺序接收所述第一光束和所述第二光束并且用于选择性地调制所述第一光束和所述第二光束中的每个以编码其上的数据，其中所述微镜阵列光学调制器适于通过衍射和反射两者对所述第一光束或所述第二光束进行改向，以提供分别表现出依赖于所述第一光谱带宽的第一衍射手性和依赖于所述第二光谱带宽的第二衍射手性的第一输出调制光束和第二输出调制光束；以及
光学元件，用于从所述微镜阵列光学调制器收集所述第一光谱带宽和所述第二光谱带宽两者的所述第一输出调制光束和所述第二输出调制光束，所述光学元件具有至少一个颜色相关的孔径，所述孔径适于定义所述第一输出调制光束和所述第二输出调制光束被透射的部分和被阻挡的剩余部分，其中基于所述微镜阵列光学调制器针对关联的光谱带宽的所述第一衍射手性和所述第二衍射手性中的至少一个，来对所述颜色相关的孔径设置尺寸和成形，
其中由所述光学元件获取的所述第一输出调制光束和所述第二输出调制光束各自的效率和对比度被配置成由所述第一光束和所述第二光束各自的所述光谱带宽、所述颜色相关的孔径的光谱特性以及所述微镜阵列光学调制器针对关联的所述第一光谱带宽和第一光谱带宽的所述衍射手性独立确定。
21.一种光学系统包括：
第一照明源，用于提供具有第一光谱带宽的第一光束；
至少第二照明源，用于提供具有第二光谱带宽的第二光束；
第一微镜阵列光学调制器，用于基于表现出衍射手性的一个或多个微镜的开状态或关状态的命令，选择性地调制光的第一入射光束以编码其上的数据；
第二微镜阵列光学调制器，用于基于表现出衍射手性的一个或多个微镜的开状态或关状态的命令，选择性地调制光的第二入射光束以编码其上的数据；以及
具有颜色相关的孔径的光学元件，其被配置用于接收来自所述第一微镜阵列光学调制器的输出调制光束和来自所述第二微镜阵列光学调制器的输出调制光束，并且用于给所述第一光束提供比所述第二光束低的f数，其中基于所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器中的至少一个针对关联的光谱带宽的衍射手性，来对所述颜色相关的孔径设置尺寸和成形，
其中所述第一微镜阵列光学调制器被选择以提供针对所述光的第一光束优先开状态光效率的衍射手性并且所述第二微镜阵列光学调制器被选择以具有针对所述光的第二光束优先关状态光学对比度的衍射手性。
22.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器被配置成针对一个或多个光谱带宽被测试以确定它们的衍射手性。
23.根据权利要求22所述的光学系统，其中所述第一微镜阵列光学调制器和所述第二微镜阵列光学调制器适于被分类以匹配衍射手性与所述颜色相关的孔径的光阻挡和光透射部分的配置。
24.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径被配置用于阻挡仅一束光中的部分衍射图样。
25.根据权利要求24所述的光学系统，其中所述一束光是所述第二光束。
26.根据权利要求24所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径的光阻挡部分的形状和尺寸被剪裁以阻挡在初级衍射级和毗邻的第二级衍射级的边缘处的光，其中所述初级衍射级和所述毗邻的第二衍射级描述在受到给定光谱带宽的光时所述第一微镜阵列光学调制器或所述第二微镜阵列光学调制器的所述衍射手性。
27.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述第一光束具有第一光谱带宽并且所述第二光束具有第二光谱带宽，并且所述第一光谱带宽和第二光谱带宽不重叠。
28.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述第一微镜阵列光学调制器或者所述第二微镜阵列光学调制器中的至少一个是DMD器件。
29.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径适于接收各自具有不同的工作f数的两个不同波段的光，并且所述颜色相关的孔径适于具有匹配一个波段的光的所述工作f数的第一工作f数和匹配另一个波段的光的所述工作f数的第二工作f数。
30.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径包括多层介质涂层、光吸收染料或色素、不透明表面或者它们的组合。
31.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径是非圆形的。
32.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述颜色相关的孔径具有为了最大透射而被移除的中间部分。
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