光場投影裝置及方法
【專利摘要】照明裝置的不期望的高能耗可至少部分地由消耗的(衰減的)光引起。可以用于投射光(包括圖像)的光學(xué)高效照明系統(tǒng)利用光重定向。可以應(yīng)用相位調(diào)制裝置以創(chuàng)建期望的光場。一些實施方式提供了兩個或多個調(diào)制顯示或投影系統(tǒng)，其中一些調(diào)制器或所有調(diào)制器不僅使幅度衰減，而且放大幅度，或改變由光源提供的光的相位、頻率和偏振。
【專利說明】光場投影裝置及方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年10月20日提交的美國申請第61/893270號的優(yōu)先權(quán)。針對美國的目的，該申請根據(jù)35U.S.C.§ 119要求于2013年10月20日提交并且題為“LIGHT FIELDPROJECTORS AND METH0DS(光場投影裝置及方法)”的美國申請第61/893270號的權(quán)益，上述申請針對所有目的通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及光投影裝置。一些實施方式可以應(yīng)用于針對觀看的投影圖像。其他實施方式可以應(yīng)用于創(chuàng)建用于照明或其他目的的結(jié)構(gòu)光。實施方式在下述市場中具有示例應(yīng)用:例如數(shù)字影院、TV和家庭影院、便攜式和個人投影(軍事的、移動的等)、室內(nèi)與室外個人和大屏幕廣告和信息宣傳、標(biāo)牌/廣告/布告牌/室外廣告、大型場地與現(xiàn)場表演、醫(yī)學(xué)成像、虛擬現(xiàn)實、計算機(jī)游戲、辦公室演講和協(xié)同工作、汽車和其他車輛中的平視顯示、智能照明例如自適應(yīng)汽車車頭燈、劇院聚光燈、安全/建筑照明、高對比度天象投影裝置、室內(nèi)與室外普通照明系統(tǒng)、街道照明、道路照明、航空照明系統(tǒng)以及高對比度模擬顯示例如飛行模擬器。
【背景技術(shù)】
[0004]存在期望創(chuàng)建具有指定亮度分布的光場的許多情況。光投影系統(tǒng)具有從建筑照明至逼真圖像的顯示的非常廣泛的應(yīng)用。所投影的光圖案可以是動態(tài)的(例如，視頻)、靜態(tài)的(用于靜態(tài)圖像或靜態(tài)應(yīng)用，如典型的車頭燈通過透鏡投射到道路上的光束，由任意成形的光學(xué)表面組成的光束等)。光可以被投射到可以是平的或彎曲的寬范圍的屏和其他表面上。這樣的表面可以是全反射(如影院中使用的帆布、墻或建筑物)或部分反射(例如車輛的擋風(fēng)玻璃)。屏幕可以是低增益或高增益的、朗伯或高度定向的、高對比度或較低對比度的。光可以被投影在固態(tài)對象上或投影在體積中的介質(zhì)上(例如霧)。
[0005]光投影裝置的市場和應(yīng)用包括:數(shù)字影院、室內(nèi)和室外廣告、醫(yī)學(xué)成像(均用于顯示圖像以及通過智能光源捕獲)、大型場地與現(xiàn)場事件或表演、汽車平視顯示、車頭燈和尾燈、汽車娛樂和信息顯示、家庭影院、便攜式商業(yè)投影、用于消費者應(yīng)用的電視和顯示、軍事應(yīng)用、航空應(yīng)用(如座艙顯示、智能著陸輔助、個體乘客娛樂顯示)、用于工業(yè)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化光源、汽車頭燈以及其他應(yīng)用。
[0006]各種裝置可以用于空間調(diào)制光。這些可以被稱為空間光調(diào)制器(SLM)。大部分SLM提供獨立和單獨可尋址像素的2D陣列。SLM的一些示例是反射式SLM(例如數(shù)字微鏡裝置(DMD)、硅上液晶(LCoS)裝置)和透射式SLM(例如IXD面板、透射式IXD芯片(例如高溫多晶硅(HTPS)或低溫多晶硅(LTPS)));以及部分反射/部分透射SLM，例如一些入射光被透射以及一些入射光被反射的基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的系統(tǒng)。一個問題是大部分易于利用的空間光調(diào)制技術(shù)是減色法。這些SLM技術(shù)通過吸收或移除不期望的光來操作。這有助于下述更一般的問題:光投影和通常普通照明技術(shù)傾向于具有不期望的高能耗，并且還可能具有不期望的有限的峰值亮度。
[0007]另外的考慮應(yīng)用于適于投影圖像的光投影裝置。例如，在這樣的投影裝置中，可以關(guān)注升高的黑電平、不期望的低對比度和有限的顏色飽和。
[0008]這些限制可能意味著黑暗觀看環(huán)境(例如電影院、暗起居室或一些其他照明受控環(huán)境)需要最有效地使用投射影像。這限制了投影裝置的可能應(yīng)用。
[0009]在包括光投影的所有技術(shù)領(lǐng)域中，以競爭性成本實現(xiàn)期望水平的性能會是一個問題。
[0010]存在用于改善上述問題中的一個或更多個的光投影系統(tǒng)的普遍需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明涉及下述系統(tǒng):動態(tài)地再分配來自單個光源或多個光源的光以高效地實現(xiàn)期望的光場(取決于應(yīng)用，期望的光場可以包括圖像或可以不包括圖像)。光的再分配涉及從光場內(nèi)的一個區(qū)域減去光以及將光導(dǎo)向光場內(nèi)的另一區(qū)域。一些實施方式提供了可以用作照明應(yīng)用的寬范圍中的任一照明應(yīng)用中的部件的可控照明系統(tǒng)。本發(fā)明的其他方面提供了用于創(chuàng)建光場的方法以及應(yīng)用這樣的方法的光投影裝置。
[0012]根據(jù)一些實施方式的光場投影系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理器、計算機(jī)軟件程序、一個或更多個光源以及光控制機(jī)構(gòu)，該光控制機(jī)構(gòu)包括一個或更多個動態(tài)可尋址光學(xué)元件。該光控制機(jī)構(gòu)還可以包括一個或更多個靜態(tài)光學(xué)元件，例如光路中的透鏡、反射鏡、縫隙、光纖、光導(dǎo)等。軟件程序在由處理器執(zhí)行時可以處理指定一個或更多個期望的目標(biāo)光場(期望的目標(biāo)光場例如可以包括從期望的前燈圖案到電影中的圖像幀的任何事物)的數(shù)據(jù)，并且可以使一個或更多個動態(tài)可尋址光學(xué)元件重定向光以實現(xiàn)期望的光場。
[0013]本發(fā)明的示例實施方式提供光投影裝置、投影顯示裝置、用于操作投影顯示裝置的方法、包含在由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時使數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的計算機(jī)可讀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)、用于顯示圖像的方法、用于處理供顯示的圖像數(shù)據(jù)的方法、用于處理供顯示的圖像數(shù)據(jù)的序列的方法，等等。
[0014]在附圖中示出和/或在以下描述中描述了本發(fā)明的另外的方面以及示出的一組示例實施方式的特征。
【附圖說明】
[0015]附圖示出了本發(fā)明的非限制性的示例實施方式。
[0016]圖1是在高層次下的示例系統(tǒng)(光高效照明器)的框圖。
[0017]圖2是示出了光高效照明器的基本部件的在更詳細(xì)的層次下圖1的系統(tǒng)的框圖。
[0018]圖3是詳示了在作為圖2中所示的光高效照明器的部件的光模塊內(nèi)的部件的框圖。
[0019]圖4詳示了圖3的光模塊內(nèi)的示例光學(xué)部件，以及還描繪了該光模塊內(nèi)的每個級段處的不例光分布。
[0020]圖5是示例動態(tài)可尋址光再分配模塊的框圖。
[0021]圖6示出了在光模塊(左)處、在動態(tài)可尋址聚焦元件(中心)處以及在系統(tǒng)輸出處的光分布的兩個示例(頂部和底部)。
[0022]圖7示出了不需要相關(guān)光(但是與相關(guān)光兼容)的簡單系統(tǒng)的示例光學(xué)器件。
[0023]圖8示出了再分配光以及利用整理級段(例如積分柱(integratingcolumn)陣列)的系統(tǒng)示例部件以及示出了在每個部件處的示例光分布。
[0024]圖9是示出了用于確定施加至動態(tài)可尋址聚焦元件的不同區(qū)域的相移以創(chuàng)建目標(biāo)光場(或以“精確模式”操作系統(tǒng)所需要的迭代程序)的基于優(yōu)化的方法的操作的框圖。
[0025]圖10是示出了用于創(chuàng)建目標(biāo)光場的近似的過程方法的框圖。
[0026]圖11示出了用于與相關(guān)光一起使用的光學(xué)設(shè)置的三個示例。
[0027]圖12示出了用于可變激光掃描方法的示例光學(xué)器件。
[0028]圖13示出了另一可變激光掃描方法(用動態(tài)可聚焦透鏡或其他光學(xué)器件)的示例光學(xué)器件。
[0029]圖14是使用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))的光學(xué)開關(guān)的示例。
[0030]圖15是光學(xué)開關(guān)或其他光再分配器可以如何與整理模塊(例如積分柱的陣列)配合使用的示例。
[0031]圖16是包括細(xì)化模塊(例如與空間光調(diào)制器(SLM)組合的光高效照明器)的系統(tǒng)的框圖。
[0032]圖17示出了包括細(xì)化模塊的系統(tǒng)的示例光學(xué)器件。圖17還描繪了在光高效照明器的輸出處和成像裝置(例如SLM)的輸入處的示例光分布。
[0033]圖18是包括整理級段和細(xì)化級段的照明系統(tǒng)的框圖。
[0034]圖19示出了包括整理級段和細(xì)化級段的系統(tǒng)的示例光學(xué)器件。圖19還描繪了在每個級段處的不例光分布。
[0035]圖20示出了時分復(fù)用或顏色場序列系統(tǒng)的強(qiáng)度-時間圖和強(qiáng)度-定位圖。兩個示例方法使用兩個不同的定時方案。
【具體實施方式】
[0036]貫穿下面的描述，陳述了特定細(xì)節(jié)以向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供更全面的理解。然而，可能沒有示出或詳細(xì)地描述眾所周知的要素以避免不必要地使本公開內(nèi)容模糊。本技術(shù)的示例的以下描述不意在為窮盡的或?qū)⒃撓到y(tǒng)限制為任何示例實施方式的精確形式。因此，以說明性含義而不是以限制性的含義來考慮描述及附圖。
[0037]圖1示意性地示出了根據(jù)示例實施方式用于產(chǎn)生光場的示例系統(tǒng)。該系統(tǒng)被配置成接收描述目標(biāo)光場的數(shù)據(jù)，以及通過重定向光產(chǎn)生與期望的目標(biāo)光場嚴(yán)密匹配的輸出光場。在一些情況下，輸出光場可能需要另外的光學(xué)處理或其他處理以產(chǎn)生期望的目標(biāo)輸出光場?？梢酝ㄟ^如本文中描述的一個或更多個細(xì)化級段來提供這樣的處理。如以下更詳細(xì)地描述的，系統(tǒng)以極少光被浪費的光學(xué)高效的方式這樣做。該系統(tǒng)包括可以被操作為產(chǎn)生光的一個或更多個光產(chǎn)生器(光源)。在一些實施方式中，該系統(tǒng)操作光產(chǎn)生器來輸出光，然后將光重定向以提供輸出光場?？梢钥刂乒猱a(chǎn)生器的輸出以將輸出光的量與輸出光場所需要的光的量匹配。由一個或多個光產(chǎn)生器產(chǎn)生的大部分光可以在輸出光場中結(jié)束。
[0038]圖2更詳細(xì)地描繪了示例動態(tài)光高效照明器。在數(shù)據(jù)處理器上執(zhí)行程序。程序接收描述目標(biāo)光場的數(shù)據(jù)，并且計算要由動態(tài)可尋址光再分配器應(yīng)用的光再分配方案。程序還計算描述針對產(chǎn)生提供給光再分配器的光的一個或更多個光源的強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。
[0039]不是在所有實施方式中需要數(shù)據(jù)處理器。在一些實施方式中，預(yù)先確定針對預(yù)定光場組的光再分配方案。在這樣的實施方式中，定義與光場對應(yīng)的光再分配方案的數(shù)據(jù)可以被存儲，以固定或可配置邏輯電路等被實施。然后，可以將適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)用于控制光再分配器以在不需要任何計算的情況下產(chǎn)生光場中的期望的光場。
[0040]光模塊(包括光源和光再分配器以及關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件)接收電力，以及描述一個或幾個光源的強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生具有期望光分布的光場。在圖3中進(jìn)一步示出了示例光模塊。
[0041]圖3是示例光模塊的更詳細(xì)的示意圖。光模塊包括:數(shù)據(jù)處理器、功率調(diào)節(jié)器、一個或許多光源、以及光組合和光束成形模塊。
[0042]數(shù)據(jù)處理器接收描述一個或多個光源的強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生用于功率調(diào)節(jié)器的控制信號，該控制信號進(jìn)而控制分配至每個光源的功率的量和/或定時。功率調(diào)節(jié)器可以包括多個分立的輸出，并且/或者可以包括多個獨立的功率調(diào)節(jié)電路。
[0043]光源可以是各種類型中的任一種。一個光模塊可以可選地包括多種類型的光源。光源的一些示例是:激光、弧光燈、LED、高強(qiáng)度燈等。
[0044]每個光源可以發(fā)出不同形狀、強(qiáng)度和分布的光。由光源產(chǎn)生的示例光分布可以是均勻的矩形強(qiáng)度分布，其可以使用積分柱或其他光學(xué)器件來產(chǎn)生。光分布的另一示例具有高斯強(qiáng)度分布或高斯強(qiáng)度分布的和。另一示例是具有不同強(qiáng)度的矩形均勻分布(塊)的陣列。在另一示例中，由光模塊產(chǎn)生的光分布可以采用任意期望的形狀。
[0045]然后，來自一個或多個光源的光被耦合至光再分配器的輸入。耦合可以涉及空間上組合來自多個光源的光，并且/或者光學(xué)地使光成形，以得到用于輸入至動態(tài)可尋址光再分配器的具有期望的光分布的光。可以使用通常的光學(xué)元件來進(jìn)行光組合和光束成形，通常的光學(xué)元件例如為分光器、偏振片、波片、多層薄膜、光束組合器、微透鏡陣列、透鏡、光闌和/或反射鏡?？梢葬槍τ晒庠?例如窄帶光源或?qū)拵Ч庠?發(fā)出的光的性質(zhì)來優(yōu)化這些元件。
[0046]在一個優(yōu)選實施方式中，來自多個光源的光被耦合到公共光纖中，并且在光纖的輸出處使用一組透鏡使光準(zhǔn)直。
[0047]在該系統(tǒng)內(nèi)存在的數(shù)據(jù)，例如描述入射在動態(tài)可尋址光再分配器上的光分布的控制信號或數(shù)據(jù)，可以用例如元數(shù)據(jù)的形式被提供至外部部件或系統(tǒng)。
[0048]圖4示出了通過圖3中示出的系統(tǒng)的各個級段的示例光分布。
[0049]光再分配器可以使用主要不是減色法的技術(shù)來可控地改變光的性質(zhì)和/或分配。例如，光再分配器可以利用電磁波(光)的干涉，以通過控制電磁波的相位特征來調(diào)節(jié)光的分配和/或調(diào)節(jié)光的頻率以改變光的外觀顏色。這些示例二者示出了可以在不將來自光的能量轉(zhuǎn)化成通過吸收光而產(chǎn)生的廢熱的情況下如何改變光。
[0050]在一個實施方式中，一個或更多個光源LSl至LSn例如使用聚焦透鏡409耦合到一個或更多個光纖408中。405示出了第η個光源的示例光分布。來自光纖408的組合輸出例如使用中繼透鏡系統(tǒng)400中繼到動態(tài)可尋址光再分配器407上，中繼透鏡系統(tǒng)400包括例如兩個聚焦透鏡401和402。400中的兩個透鏡401和402的組合效果可以是不對稱地放大來自光纖408的輸出分布。403示出了兩個示例圖:頂部的穿過407的一個空間維度的組合強(qiáng)度以及底部的在407以二維存在的光分布的輪廓。404示出了在408的輸出處存在的相同類型的強(qiáng)度和輪廓的圖的示例。此外，在404中的頂部圖示出了光分布的總強(qiáng)度可以如何由來自每個光源LSI至LSn的多個光分布例如406組成。
[0051]圖5示意性地示出了一類動態(tài)可尋址光再分配器。動態(tài)可尋址光再分配器包括接收光學(xué)器件以及動態(tài)可尋址聚焦元件。
[0052]適于用作不同實施方式中的動態(tài)可尋址聚焦元件的裝置的示例包括:具有下述特性的可控液晶隔間(compartment)的透射式2D陣列，所述特性為可以控制隔間以選擇性地延遲光的相位，從而有效地引起路徑長度的改變。還可以以反射的方式來實現(xiàn)相同類型的裝置。動態(tài)可尋址聚焦元件還可以影響光的偏振。一些裝置可以同時改變?nèi)舾晒馓匦浴?br>[0053]在一些其他實施方式中，動態(tài)可尋址聚焦元件包括:一個或更多個掃描鏡，例如2D或3D微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS);和/或一個或更多個可變形透鏡或反射鏡或其他光學(xué)元件。動態(tài)可尋址聚焦元件還可以包括或以可替選的方式包括一個或更多個光學(xué)開關(guān)。
[0054]接收光學(xué)器件將來自光模塊的入射光分布轉(zhuǎn)換成與動態(tài)可尋址聚焦元件的尺寸、形狀以及角接受范圍匹配或近似匹配的照明光場。接收光學(xué)器件可以例如包括下述項中的一個或更多個:棱鏡系統(tǒng)、透鏡、自由空間光路、積分柱或波導(dǎo)。
[0055]通過與光再分配方案對應(yīng)的數(shù)據(jù)來控制動態(tài)可尋址聚焦元件。數(shù)據(jù)可以描述穿過下述裝置的光路長度的改變:當(dāng)通過動態(tài)可尋址聚焦元件實現(xiàn)該裝置或在動態(tài)可尋址聚焦元件上執(zhí)行該裝置時使得形成期望的輸出光場。
[0056]圖6不出了在光模塊中創(chuàng)建的光分布和不例最終系統(tǒng)輸出光分布的一些不例。圖6包括可以在圖5的三個級段處的光場的兩個示例:來自光模塊的入射光分布、在動態(tài)可尋址聚焦元件處存在的照明光場、以及至輸出光學(xué)器件的光場。示例I示出了相當(dāng)均勻的輸入光場被轉(zhuǎn)換成任意期望的輸出光場的情況。示例2示出了由來自獨立光源的陣列的光組成的非均勻輸入光分布被轉(zhuǎn)換成輸出處的均勻光場的情況。
[0057]圖6示出了在光高效照明器的各個級段處的光分布的兩個示例光分布組。在610中，不出了在光模塊的輸出處的光分布611被轉(zhuǎn)換成在光高效照明器的輸出處的任意光分布613的應(yīng)用。任意光分布613可以直接表不目標(biāo)光場或目標(biāo)圖像。光分布612不出了被中繼并且被放大到動態(tài)可尋址聚焦元件上的光分布611。肌和M2分別表示導(dǎo)致強(qiáng)度比例因子NI和N2的光學(xué)系統(tǒng)的放大率。
[0058]在620中，不出了在光模塊的輸出處的光分布621被轉(zhuǎn)換成在光高效照明器的輸出處的均勻光分布623的應(yīng)用。光分布622示出了被中繼并且被放大到動態(tài)可尋址聚焦元件上的光分布621。肌和M2分別表不導(dǎo)致強(qiáng)度比例因子NI和N2的光學(xué)系統(tǒng)的放大率。
[0059]提供能夠得到寬范圍輸出光場的模塊是有利的，因為這樣的模塊可以針對光效率被優(yōu)化，以及可以在如上所述的寬范圍應(yīng)用的任何應(yīng)用中被采用。根據(jù)本發(fā)明的裝置還可以直接集成到投影裝置、顯示裝置、燈等中。
[0060]如何使用相位調(diào)制器產(chǎn)生期望的光場的說明、基本布置的描述。
[0061]示例相位調(diào)制裝置包括:
[0062].空間光調(diào)制器(SLM)，例如ID像素陣列或2D像素陣列，其中以像素尋址的驅(qū)動電平與施加至入射到該像素上的光的相位延遲有關(guān)，例如O與65535之間的驅(qū)動電平可以對應(yīng)于O弧度與2π弧度(一個光波長周期)之間的相位延遲范圍。
[0063].這樣的空間調(diào)制器可以同時改變光的偏振的狀態(tài)(一個示例是透射式液晶顯示裝置，或反射式硅上液晶顯示裝置(LCoS))。可替選地，這樣的SLM可以被設(shè)計成僅影響該像素的相位延遲，但是不影響該像素的偏振。
[0064].聲-光調(diào)制器(Α0Μ;也稱為布拉格單元)可以影響入射光的偏轉(zhuǎn)角、其相位、頻率以及偏振特征。
[0065]?光柵光閥(GLV);當(dāng)前，這些裝置是每個像素或元件可以通過機(jī)械地改變路徑長度來改變?nèi)肷涔獾南辔坏腎D可尋址陣列。
[0066]如何使用相位調(diào)制器創(chuàng)建期望的光場:
[0067]傳統(tǒng)意義上的透鏡是可變厚度的玻璃，其在透鏡表面上有區(qū)別地延遲入射光的相位，從而根據(jù)透鏡的曲率或形狀而導(dǎo)致光的聚焦點或散焦點?？梢酝ㄟ^使用相位調(diào)制裝置(PMD)延遲入射光束的相位來實現(xiàn)類似的效果。例如，可以通過例如在PMD的中心的2JT相位延遲減小到在PMD的邊緣的O相位延遲的情況下，在PMD上尋址變化的相位模式(pattern)來實現(xiàn)透鏡的效果。可以通過控制PMD來實現(xiàn)較強(qiáng)的透鏡(具有較短焦距的透鏡)以提供與菲涅爾透鏡的模式類似的模式的相位調(diào)制。
[0068]可控制PMD以例如通過在PMD上的一個方向上施加緩慢變化的相位延遲量模擬其他光學(xué)元件(例如類似方式的棱鏡和光柵)的效果。
[0069]可以在PMD上組合不同的效果。一個示例是聚焦并且移動入射光分布的相位模式。這可以通過控制PMD以針對透鏡和棱鏡疊加(添加)相應(yīng)的相位延遲模式的模式改變光的相位來實現(xiàn)。
[0070]在PMD上并排或疊加的幾個透鏡可以初步地近似圖像。通過適當(dāng)?shù)乜刂芇MD仿真多個透鏡的動作，可產(chǎn)生下述情況:圖像或圖像部分沿光傳播的方向的任何地方例如在幾個平面上焦點對準(zhǔn)。
[0071]與控制PMD仿真離散光學(xué)表面(例如透鏡和/或棱鏡)的組合相反地，可以通過控制PMD以呈現(xiàn)在PMD的區(qū)域上連續(xù)改變的相位調(diào)節(jié)而實現(xiàn)更復(fù)雜的圖像或照度分布。
[0072]用于光源的示例布置
[0073]光源的類型:
[0074]用于系統(tǒng)的光源可以例如是一個或更多個激光器、弧光燈、LED或者甚至太陽。光源的特定特征可以使其比其他光源更令人期望。例如，激光器相比于寬帶燈由于其下述特性而是優(yōu)選的:小光束尺寸、受限的光傳播(產(chǎn)生非常高的強(qiáng)度)、受限的擴(kuò)展量、其窄光譜帶頻率分布(以及因而純色)、其偏振、壽命、衰減、效率、相干性以及準(zhǔn)直特性。
[0075]將光帶到相位調(diào)制裝置/從相位調(diào)制裝置帶出光的示例光學(xué)器件:
[0076]光需要被傳輸至相位調(diào)制裝置(PMD)以及需要從相位調(diào)制裝置傳輸光。還可能期望的是:使光的特性中的一個或更多個改變，如光的照度分布、光的放大率和形狀、光的偏振或頻率。有時優(yōu)選的是使入射光分布與PMD的形狀匹配?？梢杂糜趯崿F(xiàn)這一點的元件或器件的示例包括但不限于:
[0077]?包括一個或若干物理透鏡的光束擴(kuò)展器；
[0078]?單個或成捆的光纖；
[0079]?棱鏡；
[0080]?柱形透鏡；
[0081 ].微透鏡陣列；
[0082]?光柵；
[0083]?擴(kuò)散器；
[0084].偏振濾光器；
[0085].光闌；
[0086]?波片；
[0087].積分柱。
[0088]照射調(diào)制器的不同區(qū)域的不同的光源
[0089]在若干光源用于照射PMD的情況下，來自這些獨立光源的光分布可以在PMD上交疊，在PMD上部分交疊，或者不在PMD上交疊。
[0090]可以期望的是在PMD上獲取均勻組合的光分布。在該情況下，可以包括光學(xué)元件(例如積分柱、微透鏡陣列、擴(kuò)散器或其他光成形器件)以均勻地照射PMD。
[0091]這些光源中的一個或更多個的強(qiáng)度可以被獨立地調(diào)節(jié)以在PMD上實現(xiàn)期望的組合光分布。作為示例，可能想要使入射光分布在PMD的中心比在PMD的邊緣更亮。
[0092]可替選地，可以通過打開和關(guān)閉光源(脈沖寬度調(diào)制，PffM)而不是調(diào)節(jié)光源的強(qiáng)度來調(diào)節(jié)在固定時段內(nèi)來自一個或更多個光源的入射到PMD的區(qū)域上的光的總量。相對于關(guān)斷時間的開啟時間確定在一個時段內(nèi)入射到PMD上的光的總量。在該時段內(nèi)開啟脈沖的持續(xù)時間可以改變，并且它們可以是周期性的、非周期性的或隨機(jī)的；總開啟時間可以與觀察者感知的亮度或顏色更相關(guān)。
[0093]脈沖式PffM方法可能要求在入射光源與在該光學(xué)系統(tǒng)中的其他元件之間同步。
[0094I 示例投影布置
[0095]最簡單的投影系統(tǒng)包括:光源、部分或完全地照射PMD的一些光束成形光學(xué)器件、以及PMD上的相位延遲模式。
[0096]在另一實施方式中，多個光源可以照射PMD。
[0097]在另一實施方式中，來自PMD的輸出光場可以被中繼至空間光調(diào)制器(SLM)以例如通過幅度調(diào)制進(jìn)一步細(xì)化。
[0098]在另一實施方式中，來自PMD的輸出光場可以被呈現(xiàn)到一個或更多個積分柱上，一個或更多個積分柱中的每個積分柱將入射到其上的所有光積分成均勻的輸出。該輸出進(jìn)而被中繼到SLM的不同區(qū)域上以進(jìn)一步細(xì)化。
[0099]在一些實施方式中，可能期望的是，將來自這些系統(tǒng)布置中的任何系統(tǒng)布置的輸出光場中繼到投影屏幕或表面上。
[0100]不同聚焦布置
[0101]在一個通常應(yīng)用中，期望投影系統(tǒng)在平的表面、近似平的表面或在很微小的彎曲表面上形成圖像。在其他應(yīng)用中，可能期望投影到一個或若干非平的表面或屏幕上，例如投影到彎曲屏幕或粗糙表面(像磚墻或建筑物)上。在另一應(yīng)用中，可能希望投影到運動對象上，例如人或動物、或在陸地、空中或水上或淹沒在水下運動的交通工具。這樣的應(yīng)用可能需要對該運動對象進(jìn)行同步捕獲和檢測。還可能期望將圖像或圖案投影到在體積內(nèi)的不同對象上，或投影到體積的不同點上。例如，在車頭燈應(yīng)用中，可能希望非常明亮地照射即將到來的停止標(biāo)記，但是以降低強(qiáng)度照射靠近的車輛。
[0102]在PMD上呈現(xiàn)的相位模式可以被布置成使得以不同的景深或者不同的有效焦距聚焦。對應(yīng)的光場可以包括在一個平面或點處對焦的圖像或特征，以及同時或時間延遲地在另一平面或點處對焦的其他圖像或特征。在一些實施方式中，可以在PMD上布置相位模式，使得系統(tǒng)免對焦，或以任何距離對焦。
[0103]在這些點或平面的任一處的聚焦可以排他地使用PMD上的相位模式(“動態(tài)透鏡”)而不是用物理透鏡來實現(xiàn)。它還可以使用PMD上的動態(tài)透鏡和物理透鏡的組合來實現(xiàn)。它還可以僅使用物理透鏡來實現(xiàn)。
[0104]如何彩色成像。
[0105]在一個實施方式中，通過將適當(dāng)比例的三種不同感知的顏色的光例如在目標(biāo)圖像的任何地方的紅、綠以及藍(lán)進(jìn)行混合來形成彩色圖像。例如，在通過像素化的2D陣列描述的圖像中，每個像素可以具有不同量的紅、綠以及藍(lán)成分。在另一實施方式中，為了類似的效果，可以將四種或更多種不同感知的顏色的光進(jìn)行混合。
[0106]在一個應(yīng)用中，例如通過將基色中的每種照在其自身的SLM或PMD上并且然后使用顏色重組器例如由分色鏡組成的立方體(所謂的“X-立方體”)來重新組合不同的顏色，可以同時但是并行地提供不同的顏色。在另一應(yīng)用中，三個(或更多個)光源可以照射一個PMD的不同區(qū)域。因為一個或多個PMD的轉(zhuǎn)向性能，可以通過在一個或多個PMD上應(yīng)用適當(dāng)?shù)南辔荒Ｊ絹碓诠鈱W(xué)系統(tǒng)中在下游組合這三個(或更多個)區(qū)域。將單獨地確定針對不同顏色區(qū)域的相位模式以確保在組合相位模式時，相位模式形成與目標(biāo)圖像盡可能接近的彩色圖像。
[0107]在另一應(yīng)用中，視頻的每個幀被分解成其獨立的顏色通道，例如紅、綠以及藍(lán)。不同彩色的光源可以順序地(所謂的時分復(fù)用)照射一個圖像形成裝置(例如PMD，或常規(guī)的幅度調(diào)制SLM)。期望的是快速連續(xù)地呈現(xiàn)這些順序的色場，使得人類視覺系統(tǒng)在沒有顏色分解或閃爍的情況下感知所產(chǎn)生的彩色圖像。對于有效幀率24Hz或者每秒24幀，一個示例是示出針對視頻序列的第一圖像的紅色場達(dá)72分之I秒，接下來示出針對第一圖像的綠色場達(dá)下一個72分之I秒，接下來示出針對第一圖像的藍(lán)色場達(dá)第三個72分之I秒。然后針對接下來的視頻的幀或圖像序列重復(fù)該過程。
[0108]在一個實施方式中，可以以下面的方式來將時分復(fù)用與光束轉(zhuǎn)向進(jìn)行組合。在三基色成像系統(tǒng)(例如R、G以及B)的情況下，三種顏色中的每種可以是通過不同量的時分復(fù)用，從而將不同量的積分強(qiáng)度的R、G以及B提供至顯示屏幕上。例如，在一個完整的幀持續(xù)時間內(nèi)，紅色場的開啟時間可以是比綠色場的開啟時間大得多的總幀持續(xù)時間的部分。這可以擴(kuò)展到較高數(shù)目的基色光源。
[0109]在另一實施方式中，可以針對每個顏色通道從一個成像裝置同時提供不同顏色?？梢酝ㄟ^復(fù)用每個顏色通道來獨立地實現(xiàn)每個顏色通道的調(diào)光(dim)。
[0110]在另一應(yīng)用中，可以使用衍射光柵或棱鏡(針對靜態(tài)偏轉(zhuǎn))、或PMD(針對動態(tài)偏轉(zhuǎn))來將寬帶光或若干組合的窄帶光源分離。顏色分離的光可以被中繼到(第二 )PMD，在該P(yáng)MD中可以獨立地處理若干顏色帶以在顯示屏幕處形成最終的彩色圖像。
[0111]在上述應(yīng)用中的一個或所有應(yīng)用中，可以在進(jìn)一步處理之前使用積分柱以使不同區(qū)域的強(qiáng)度分布更均勻。
[0112]控制形式
[0113]控制系統(tǒng)硬件的示例
[0114]控制系統(tǒng)硬件可以包括表示光場(“目標(biāo)圖像”)的序列的數(shù)據(jù)處理器和計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)。在一些實施方式中，可能優(yōu)選的是實時地處理數(shù)據(jù)，在其他實施方式中，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并且數(shù)據(jù)可以被存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)上。在一些應(yīng)用中，可以在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路或通用可能CTU優(yōu)化或可能GPU優(yōu)化計算機(jī)上執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。
[0115]可以控制PMD以創(chuàng)建超過輸出光場的寬范圍的任何光場?？梢杂迷S多方式確定使用什么數(shù)據(jù)來驅(qū)動PMD以得到特定期望的輸出光場。在更計算昂貴但是更準(zhǔn)確的模式下，可以采用由整個光學(xué)系統(tǒng)(包括PMD)提供的逆變換的數(shù)學(xué)模型來以期望的輸出光場開始，以及計算與期望的輸出光場對應(yīng)的PMD像素設(shè)置。較不計算上密集的但是較不準(zhǔn)確的模式包括:用于一個或更多個光學(xué)元件(透鏡、棱鏡等)的設(shè)置參數(shù)，可以通過PMD仿真所述設(shè)置參數(shù)來得到近似目標(biāo)光圖案的輸出光圖案。例如，參數(shù)可以包括:尺寸、定位以及光強(qiáng)。
[0116]在一個實施方式中，確定在PMD上采用的相位模式，使得給定該成像系統(tǒng)的特定光學(xué)布局以及該系統(tǒng)的匹配模型的情況下，施加至其的光將在顯示屏幕上產(chǎn)生下述圖像:與內(nèi)容裝置(例如來自TV網(wǎng)絡(luò)、DVD、藍(lán)光盤或來自流因特網(wǎng)源)提供的期望的光場(“目標(biāo)圖像”)非常接近匹配的圖像?？梢酝ㄟ^迭代優(yōu)化方法來實現(xiàn)這樣的相位模式，其中迭代地使當(dāng)前解和目標(biāo)圖像之間的差最小化，直到滿足完成標(biāo)準(zhǔn)。
[0117]在另一實施方式中，確定在PMD上采用的相位模式，使得從PMD輸出的產(chǎn)生的光場僅部分地與目標(biāo)圖像或目標(biāo)光場匹配。作為示例，可以通過將均由一組特征參數(shù)描述的多個類似的或不同的特征求和來形成目標(biāo)圖像的近似。特征可以例如是位于不同位置的、具有不同幅度和不同半峰全寬的一組高斯強(qiáng)度分布。這可以產(chǎn)生目標(biāo)圖像的低通濾波或模糊版本，但是也可以以降低的計算成本來執(zhí)行。在本實施方式中，可能需要“細(xì)化級段”，并且該系統(tǒng)的輸出光場可以被中繼至例如二次幅度調(diào)制空間光調(diào)制器或另一 PMD。在該情況下細(xì)化級段的目的將是恢復(fù)目標(biāo)圖像或光場的較精細(xì)的細(xì)節(jié)。
[0118]在另一實施方式中，可以在PMD上模擬基本的物理光學(xué)器件例如透鏡和棱鏡，以縮放(scale)和平移(translate)圖像的區(qū)域或部分?？梢酝ㄟ^在PMD上模擬透鏡來獲得對特定輸入光強(qiáng)度分布的縮放。該透鏡可以具有圓形的或二維的圓柱對稱性。可以通過在PMD上模擬棱鏡例如通過逐漸地改變PMD上的相位延遲來實現(xiàn)對特定輸入光強(qiáng)度分布的平移?？梢詢H僅通過透鏡的曲率來描述透鏡，以及可以通過棱鏡相對于光軸的傾斜度來描述棱鏡。在透鏡上采用均勻的光分布的結(jié)果是使其聚焦或散焦。如果顯示屏幕沒有準(zhǔn)確地位于所述透鏡的焦距處，則如果透鏡具有圓對稱，則產(chǎn)生圓形的均勻光，以及如果透鏡具有柱形，則產(chǎn)生矩形。
[0119]在一些實施方式中，可能希望同時對圖像的區(qū)域進(jìn)行縮放和平移。這可以通過將針對透鏡和棱鏡的模擬的圖案進(jìn)行疊加來實現(xiàn)。
[0120]如果期望的透鏡或棱鏡需要PMD不能提供的相位延遲的量，則可以利用從期望值中減去整數(shù)倍的2π的菲涅爾方法。例如，相位延遲“Ji”對PMD的光轉(zhuǎn)向性能可以具有與相位延遲值5π相同的效果。等價數(shù)學(xué)方程可以是模量，在該示例中模量(5π，231) = π。
[0121]確定區(qū)域的方式;
[0122]在一個實施方式中，光再分配方案描述一種方法來確定進(jìn)入光再分配器的光的一個或更多個分區(qū)可以如何被映射到從光再分配器出去的光的其他分區(qū)。作為示例，該方案可以描述入射到1X 10像素分區(qū)上的光可以如何被重定向至30X5像素分區(qū)，可能平移成圖像的另一部分。在該具體示例中，入射光用于照射僅100個像素(10X10)，但是在映射之后，照射150個像素(30X5)。由于在該示例中所照射的區(qū)域已經(jīng)增加了 50%，則產(chǎn)生的強(qiáng)度已經(jīng)減小了三分之一。光再分配方案可以分析目標(biāo)圖像以達(dá)成如何映射特定分區(qū)。
[0123]在另一實施方式中，多個同等大小的分區(qū)被映射到相同數(shù)目的分區(qū)，但是這些分區(qū)可能都是不同的大小?？梢允褂眠@樣的方法以創(chuàng)建目標(biāo)圖像或光場的低分辨率版本。現(xiàn)在將需要例如通過幅度調(diào)制SLM在下游調(diào)制或“細(xì)化”級段恢復(fù)圖像的高分辨率部分。
[0124]在一些實施方式中，施加至圖像的同等大小的分區(qū)的縮放和移動的量以直接或間接的方式與該區(qū)域中的目標(biāo)圖像或光場所需要的光的總強(qiáng)度相關(guān)。
[0125]在其他實施方式中，分析目標(biāo)圖像并且將多個不同大小的分區(qū)映射到相同數(shù)目的同等大小的分區(qū)。該方法的輸出可以是入射在與每個分區(qū)的大小和形狀匹配的積分柱的陣列上。
[0126]在另一實施方式中，不同大小的分區(qū)可以被映射到另一組不同大小的分區(qū)。
[0127]在另一實施方式中，一個分區(qū)可以映射到不同數(shù)目的分區(qū)。
[0128]在一些實施方式中，會期望確保在輸入側(cè)的相鄰分區(qū)在輸出側(cè)仍然相鄰，以避免兩個或更多分區(qū)之間的照明的間隙并且避免因此不適當(dāng)?shù)亟档突蛟黾觾蓚€分區(qū)之間的間隙的照度或亮度。作為示例，如果光分配方案指定一個分區(qū)從其相鄰分區(qū)平移開，則然后該光分配方案應(yīng)還指定相鄰分區(qū)或通過純平移或通過縮放或通過這兩者的組合與該分區(qū)一起平移。
[0129]在示例實施方式中，通過使PMD的區(qū)域仿真透鏡、棱鏡或兩者的組合來對入射到PMD上的多個區(qū)域中的每個區(qū)域上的光進(jìn)行按縮放和/或平移。輸出光場由經(jīng)縮放/平移的光組成。
[0130]—些實施方式可以包括光學(xué)開關(guān)，其可以被操作成選擇性地將光從圖像或光場的一個區(qū)域?qū)驁D像或光場的一個不同區(qū)域或多個不同區(qū)域。在一些實施方式中，這樣的光學(xué)開關(guān)可以增強(qiáng)PMD或代替PMD。例如，可以應(yīng)用光學(xué)開關(guān)以選擇性地將光從光源導(dǎo)向多個積分柱或多個光纖之一。在積分柱或光纖中攜載的光的強(qiáng)度可以通過設(shè)置光學(xué)開關(guān)來調(diào)節(jié)以改變哪些積分柱或光纖從哪些光源攜載光。
[0131]另一實施方式使用一個或更多個掃描激光器來提供期望的光場。例如，可以橫跨區(qū)域快速地掃描激光束，留給觀看者用等強(qiáng)度照射整個區(qū)域的印象。如果激光束是斑點，則可以執(zhí)行兩軸或更多軸掃描。如果激光束具有線形狀，則可以執(zhí)行一軸或更多軸掃描。可以通過使用例如機(jī)動化的聚焦透鏡來使光束變寬。可以通過改變例如掃描速度、待掃描的區(qū)域的大小或掃描圖案的密度中的一個或更多個來控制圖像的各個區(qū)域的功率密度或光強(qiáng)度。
[0132]應(yīng)用分類:顯示、投影、照明
[0133]若干類應(yīng)用可以采用本文中描述的方法。這些應(yīng)用分類包括但不限于利用投影裝置和屏幕在投影屏幕上形成圖像的光投影裝置、顯示裝置(例如電視和控制監(jiān)視器)、以及通用照明裝置(例如智能燈和照明設(shè)備)。所有應(yīng)用共享期望高效地照射對象或形成圖像。一些應(yīng)用可能是靜態(tài)的，但是其他應(yīng)用可以動態(tài)地改變所形成的光圖案。
[0134]顯示裝置
[0135]顯示裝置可以包括固定地安裝到待照射的表面的投影裝置。可以通過從前部照射反射表面或部分反射表面以在表面上形成圖像的方式來控制投影裝置。投影裝置還可以被控制為通過從后部將后部投影到透射表面或部分透射表面上以形成圖像?？梢允褂昧硗獾墓鈱W(xué)器件以允許改變在屏幕與投影裝置之間距離和角度，例如折疊式反射鏡可以用于折疊光路以及將投影裝置置于非?？拷聊弧Ｍ哥R可以用于放大、聚焦圖像和/或使圖像失真以匹配投影屏幕的特性(例如尺寸、曲率和表面特性)。
[0136]顯示裝置-TV
[0137]這樣的顯示裝置的示例使用情況包括代替電視和其他顯示裝置的系統(tǒng)。例如，可以使用允許非?？拷卦O(shè)置投影裝置和屏幕的光學(xué)器件來將光高效照明器安裝至可伸縮屏幕或固定屏幕。整個系統(tǒng)可以像TV那樣安裝至墻。光高效照明器可以安裝在相對于屏幕的底部或相對于屏幕的頂部。屏幕可以是易彎曲的、可伸縮的或固態(tài)的。屏幕可以并入建筑結(jié)構(gòu)例如天花板或墻中。
[0138]顯示裝置-布告牌
[0139]布告牌顯示裝置、數(shù)字與靜態(tài)符號以及廣告顯示裝置是可以應(yīng)用本發(fā)明的其他示例顯示系統(tǒng)。布告牌的示例是用于在高速公路的路肩上顯示廣告圖案的序列的數(shù)字顯示裝置?？梢砸运泄饣虼蟛糠止庠谟娑鴣淼慕煌ǚ较蛏隙皇窃谄渌较蛏媳环瓷涞姆绞絹韮?yōu)化這樣的顯示裝置的視角?？赡芷谕婊蛏壃F(xiàn)有的基于紙的布告牌以顯示數(shù)字內(nèi)容的系統(tǒng)。
[0140]顯示裝置-飛行模擬器
[0141]可以采用本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的另一示例是用于飛機(jī)飛行員的地面飛行訓(xùn)練的飛行模擬器。在這樣的應(yīng)用中，可能期望在平的或彎曲的屏幕上實現(xiàn)高效圖像形成或在體積而不是在平面上對焦的顯示特征。
[0142]投影系統(tǒng):
[0143]投影系統(tǒng)可以包括被對準(zhǔn)以使得投影裝置在屏幕上形成圖像的投影裝置和屏幕。屏幕可以是平的、彎曲的或任意形狀的。屏幕可以具有某些反射特性，例如朗伯反射分布或某些方向反射分布。屏幕可以是透明的或部分透明的。屏幕還可以是穿孔的以允許空氣和其他介質(zhì)穿過屏幕。
[0144]投影系統(tǒng):影院和家庭影院
[0145]可以采用本發(fā)明的投影系統(tǒng)的示例是下述影院投影裝置:其中安裝在觀眾上面和后面的投影裝置在平的或彎曲的大的前部投影屏幕上形成圖像。在這樣的系統(tǒng)中，可能期望針對圖像的一些部分或所有部分實現(xiàn)非常高的峰值亮度等級(亮度)。高峰值亮度的示例可以是尚于48cd/m2的等級。尚峰值殼度的另一不例可以是尚于200cd/m2的等級。非常尚的峰值亮度的另一示例可以是lOOOcd/m2至lOOOOcd/m2。通常，高峰值亮度比觀看者在觀看環(huán)境下適合的等級顯著明亮。在這樣的系統(tǒng)中，還可以期望實現(xiàn)高對比度(與明亮特征相比是暗的)?？赡芷谕樞虻鼗蛲瑫r地實現(xiàn)這樣的對比度。在這樣的系統(tǒng)中，還可能期望實現(xiàn)非常純的顏色。
[0146]具有類似需求的系統(tǒng)的示例是用于在非公共空間和針對較少觀眾使用的家庭影院投影裝置。
[0147]投影系統(tǒng):天文館
[0148]可以應(yīng)用本發(fā)明的投影系統(tǒng)的另一示例是天文館中的投影裝置。這樣的系統(tǒng)的期望特性可以是該系統(tǒng)產(chǎn)生非常小并且非常亮的亮點，例如在整體黑暗或暗淡的場景(夜空)內(nèi)的恒星。這樣的系統(tǒng)的另一期望特性可以是:黑電平接近于純黑或與純黑相同，這意味著在該場景的黑暗區(qū)域中不存在或幾乎不存在光。這樣的系統(tǒng)的另一特性可以是:圖像在非平的表面上例如在天文館內(nèi)部的圓頂上對焦。
[0149]投影系統(tǒng):便攜式和個人投影(軍事、移動等)
[0150]可以應(yīng)用本發(fā)明的投影系統(tǒng)的另一示例是便攜式、移動的或個人投影裝置。這樣的系統(tǒng)的一個期望的特性可以是尺寸小和/或重量輕。這樣的系統(tǒng)的另一期望的特性可以是使用很少的電力和/或是高效系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)的另一期望特性可以是:該系統(tǒng)可以根據(jù)便攜式電源例如電池組或燃料電池或另一小型的發(fā)電機(jī)來操作。這樣的系統(tǒng)的另一期望特性可以是:該系統(tǒng)不需要良好控制的環(huán)境，例如該系統(tǒng)可以在明亮的環(huán)境下例如陽光下形成清晰可讀的圖像。這樣系統(tǒng)的另一期望的特性可以是:該系統(tǒng)易于設(shè)置，這可以包括該系統(tǒng)近似瞬時打開，即使存在沒有校準(zhǔn)的投影屏幕，該系統(tǒng)也在不平的表面上對焦或者不使圖像失真。這樣的系統(tǒng)的另一示例在物理對象上覆蓋信息，例如在需要修理的機(jī)器中的部分的指示和位置。
[0151]投影系統(tǒng):平視式顯示裝置
[0152]可以應(yīng)用本發(fā)明的投影系統(tǒng)的另一示例是平視式顯示裝置，所述顯示裝置為在用戶的視場內(nèi)例如車的擋風(fēng)玻璃或飛機(jī)的窗戶上呈現(xiàn)另外的信息的顯示裝置。在這樣的系統(tǒng)中，期望能夠形成在許多觀看環(huán)境下清楚可視的圖像。例如，這樣的系統(tǒng)的期望的特性可以是當(dāng)在夜間駕駛時不要太亮(令人炫目)，但是在有陽光期間足夠量以可視。這樣的系統(tǒng)的另一期望的特性可以是:該系統(tǒng)在非平的表面上對焦。這樣的系統(tǒng)的另一期望的特性可以是:由該系統(tǒng)投射的圖像可以是高質(zhì)量的，使得與圖像投影有關(guān)的偽像(例如，升高的黑電平)不干涉其覆蓋的視場。
[0153]投影系統(tǒng):建筑結(jié)構(gòu)照明和大型場地展示
[0154]可以應(yīng)用本發(fā)明的投影系統(tǒng)的另一示例是在建筑物上或作為藝術(shù)燈光秀的一部分的不同結(jié)構(gòu)上形成圖像的投影裝置。另一示例是至球場地面和/或天花板上的投影。在這樣的系統(tǒng)中，可能期望的是能夠形成非常亮的亮點，所述亮點明顯比周圍亮度等級更亮，以及因此是突出的。還可能期望的是，該系統(tǒng)對于較低成本安裝、設(shè)置時間和冷卻需求是非常高效的。還可能期望的是，這樣的系統(tǒng)能夠?qū)D像或光場的部分動態(tài)地聚焦到體積內(nèi)的不同的平面或?qū)ο笊稀?br>[0155]照明和布光
[0156]可以應(yīng)用本發(fā)明的照明和布光系統(tǒng)可在下述應(yīng)用中使用，在所述應(yīng)用中期望靜態(tài)地或動態(tài)地照射對象并且不照射其他對象。在一些應(yīng)用中，可能期望使用具有同時照射整個場景或僅場景的一部分的能力的照明系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)的另一期望的特性可以是:照明系統(tǒng)與待照射的對象的光譜反射特性緊密地或近似地類似。在一些應(yīng)用中，可以首先由相機(jī)或其他成像裝置分析待照射的場景。
[0157]照明和布光:機(jī)動車
[0158]可以應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的示例是動態(tài)或智能機(jī)動車頭燈?？赡芷谕氖敲髁恋卣丈浼磳⒌絹淼牡缆窐?biāo)記和道路本身，但是同時不使迎面而來的交通目眩。還可能期望的是高效地照射前方的道路。這樣的系統(tǒng)可以與分析前方場景以及向照明系統(tǒng)提供目標(biāo)光分布的相機(jī)配合工作。這樣的系統(tǒng)的另一期望的特性可以是:照明系統(tǒng)與待照射的對象的光譜反射特性緊密地或近似地類似。
[0159]照明和布光:劇院布光
[0160]基于本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一示例是劇院聚光燈。通常，這樣的聚光燈產(chǎn)生可以手動地或自動地移動以跟隨例如在劇院舞臺上的演員的亮點?？赡芷谕氖怯每梢哉丈湔麄€舞臺以及可以動態(tài)地產(chǎn)生局部點光的照明系統(tǒng)來代替這樣的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)的期望的特性可以是:該系統(tǒng)高效地照射場景內(nèi)的一個或更多個對象。常見數(shù)據(jù)投影裝置是如下系統(tǒng)的示例，該系統(tǒng)可照射較大場景，但是在僅照射部分場景或?qū)ο髸r不是非常高效，因為光在不需要照明的區(qū)域被遮擋?；诒景l(fā)明的系統(tǒng)可以呈現(xiàn)高效的替選方案。這樣的系統(tǒng)的另一期望特性可以是:在距照明系統(tǒng)不同距離處的對象上聚焦光的能力。
[0161]—些光源例如激光光源可以產(chǎn)生在一些實施方式中為期望特性的相干光。然而，取決于最終系統(tǒng)輸出光場的亮度要求，可能需要在光模塊內(nèi)部的幾個獨立光源或不同類型的光源例如LED或?qū)拵?。這會產(chǎn)生入射到動態(tài)可尋址光再分配器上的非相干光分布。
[0162]圖7示出了不需要相干光的系統(tǒng)的示例。來自光模塊704的輸出被成形并且使用例如光學(xué)模塊700被中繼至動態(tài)可尋址光再分配器703，光學(xué)模塊700包括例如兩個聚焦透鏡701和702。目的可以是在平面705上形成圖像，平面705可以是投影屏幕。動態(tài)可尋址光再分配器703可以被配置成例如具有預(yù)定相位模式以在705處產(chǎn)生期望的光場。
[0163]在一些實施方式中，輸出光場可能需要比用包括動態(tài)可尋址聚焦元件的可利用的光學(xué)器件實現(xiàn)的均勻性更高的均勻性。在該情況下，可以提供另外的光學(xué)器件(例如積分柱、積分室、光纖等)以使在光場的一個或更多個分區(qū)的強(qiáng)度分布均勾。可以通過系統(tǒng)(例如通過使用相干光或非相干光的方法)產(chǎn)生粗糙(coarse)的初始光場，以及在這樣的另外的光學(xué)器件的輸入端口上呈現(xiàn)粗糙的初始光場。
[0164]圖8示出了多個光源被布置成照射動態(tài)可尋址聚焦元件801的示例情況。驅(qū)動動態(tài)可尋址聚焦元件的光再分配方案使動態(tài)可尋址聚焦元件將初始光場分配到積分柱的陣列上。積分柱陣列的輸出光場由具有與由積分柱的橫截面劃分的每個積分柱的輸入端口處存在的總光至少近似相等的強(qiáng)度的均勻矩形場組成。
[0165]為了說明，動態(tài)可尋址聚焦元件801已經(jīng)被細(xì)分為兩個相等大小的區(qū)域Rl和R2。810、820以及830示出了在該光學(xué)系統(tǒng)的各個級段處的示例光分布。810描繪了從LSl至LS4的光分布811、812、813以及814。811和812入射到町上，813和814入射到1?2上。區(qū)域1?1可以呈現(xiàn)在積分柱IRl上以及區(qū)域R2可以呈現(xiàn)在積分柱IR2上。動態(tài)可尋址聚焦元件801對入射光進(jìn)行再分配。
[0166]在該示例中，來自LS2的光與來自LS3和LS4的光一起被再分配至積分柱IR2。來自LSl的光呈現(xiàn)在積分柱IRl上。820描繪了入射到IRl和IR2上的光分布。821呈現(xiàn)在IRl上以及源于LS1，822呈現(xiàn)在IR2上以及源于LS2和LS3，823呈現(xiàn)在IR2上以及源于1^4。830示出了來自積分柱陣列的輸出光分布，其中831示出了來自IRl的輸出，以及832示出了來自IR2的輸出。
[0167]圖9描繪了要在系統(tǒng)處理器上執(zhí)行的程序的示例框架。該示例框架的目的是計算光再分配方案(例如以相位延遲值的2D陣列的形式)，然后光再分配方案與輸入照明分布和系統(tǒng)光學(xué)器件結(jié)合地被編址到動態(tài)可尋址聚焦元件上，以產(chǎn)生與目標(biāo)光場緊密匹配的輸出光分布O
[0168]圖9示出了使用基于前向模型和其逆模型的最小化方法或優(yōu)化方法尋找解的迭代方法。該示例示出了使用基于前向模型和其逆模型的最小化方法或優(yōu)化方法尋找解的迭代方法“優(yōu)化器”。光再分配方案以及正則項的初始推測可以用于以更少的迭代向適當(dāng)解收斂。還可以提供系統(tǒng)約束。出口衡量標(biāo)(準(zhǔn)例如迭代的最大數(shù)目、殘差或感知度衡量標(biāo)準(zhǔn))在程序停止時確定并且以光再分配方案形式輸出當(dāng)前解。
[0169]在可替選的實施方式中，可以在準(zhǔn)備采用當(dāng)前解以驅(qū)動PMD時確定衡量標(biāo)準(zhǔn)。在該情況發(fā)生之后，程序可以繼續(xù)迭代以尋找更好的解。當(dāng)獲得更好的解時，可以采用更好的解來驅(qū)動PMD。在示例實施方式中，在一組數(shù)目的迭代之后(例如3、4、10、數(shù)個迭代)，可以將當(dāng)前最好相位模式解應(yīng)用至PMD，同時計算機(jī)/算法繼續(xù)計算更好的解。在另外數(shù)個迭代之后，新的(以及更好的)解可能是可得的并且可以在PMD上被尋址。所有這些都可以在視頻的部分幀內(nèi)發(fā)生。
[0170]—對前向模型和其逆模型的示例是二維傅里葉變換和二維逆傅里葉變換，其可以用作針對穿過透鏡的相干準(zhǔn)直光束的近似模型。
[0171]在另一實施方式中，前向模型可以描述在通過光照明時，在PMD上的相鄰區(qū)域的相位或光路長度的不同而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)的量，以及所產(chǎn)生的強(qiáng)度分布。盡管準(zhǔn)確的逆系統(tǒng)模型可能不存在，但是可以使用迭代優(yōu)化方法來求解待在PMD上尋址的相位模式的近似解。
[0172]圖10描繪了可以在系統(tǒng)處理器上執(zhí)行的程序的另一示例框架。該示例框架的目的是計算光再分配方案(例如以相位延遲值的2D陣列的形式)，光再分配方案在被編址到動態(tài)可尋址聚焦元件上時將與輸入照明分布和系統(tǒng)光學(xué)器件結(jié)合地產(chǎn)生與目標(biāo)光場或輸出光場緊密匹配的輸出光分布，或該目標(biāo)光場或輸出光場可能需要進(jìn)一步的光學(xué)處理或其他處理以產(chǎn)生期望的目標(biāo)輸出光場。
[0173]圖10的方法使用可以被添加到一起的多個分量光場來創(chuàng)建完整目標(biāo)光場的近似。這樣的分量的示例可以是矩形形狀的均勻光場或高斯光場。
[0174]該示例示出了已經(jīng)接入一組特征例如虛擬光學(xué)元件(通過例如虛擬光學(xué)元件的形狀、尺寸以及在PMD上位置，以及可以預(yù)先計算或以功能形式提供的虛擬光學(xué)元件產(chǎn)生的光場，以及可以通過程序改變的參數(shù)的描述來描述)的過程方法(非迭代性的)。每個這樣的特征在應(yīng)用到PMD時產(chǎn)生相關(guān)的輸出分量光場。光場分析器比較這樣的特征，特別是產(chǎn)生的輸出光場與目標(biāo)光場，以及確定針對多個特征的一組特征參數(shù)。這些以圖案構(gòu)建塊的形式被組合到最終的光再分配方案中。
[0175]作為示例，一個虛擬的光學(xué)元件可以產(chǎn)生高斯強(qiáng)度分布作為其輸出。當(dāng)在PMD上形成虛擬光學(xué)元件，可以直接描述峰值強(qiáng)度和半峰全寬。疊加的這樣的高斯組在顯示屏幕上被中繼時可以類似于目標(biāo)光場。
[0176]圖11示出了可以使用的光學(xué)器件和光場的三個示例，其中在動態(tài)可尋址聚焦元件上存在相干光，以及期望有系統(tǒng)傳輸功能(前向模型)，例如期望可以通過二維傅里葉變換描述的系統(tǒng)傳輸功能。示例a)使用在場透鏡之后的動態(tài)可尋址聚焦元件上存在的相干準(zhǔn)直光以聚焦光。示例b)實現(xiàn)類似的結(jié)果，然而，場透鏡被表示為可以與期望的光再分配方案疊加的路徑長度可變圖案。示例c)提供類似的結(jié)果，利用稍微聚合的光束。
[0177]所有三個實現(xiàn)的共同之處是:來自光模塊1101的相干光或部分相干光使用擴(kuò)展和光束成形光學(xué)器件1102被擴(kuò)展，以及光入射到PMD 1105上。1102可以包括兩個或更多個聚焦元件1103和1104。在1110中，入射到1105上的光是準(zhǔn)直的。在1105不改變相位或跨裝置均勻地改變相位的情況下，通過聚焦透鏡1106將來自1105的輸出光聚焦到1107上。
[0178]在1120中，入射到1105上的光是準(zhǔn)直的。在1105上的相位延遲模式類似于透鏡或透鏡的近似的情況下，來自1105的輸出光被聚焦到1107上。
[0179]在1130中，在1105不改變相位或跨裝置均勻地改變相位的情況下，入射到1105上的光不是準(zhǔn)直的，而是聚合以聚焦在1107處。
[0180]在所有三個實現(xiàn)中，以下述方式配置1105:在1107處例如在投影屏幕上產(chǎn)生期望的目標(biāo)光場的近似。
[0181]圖12示出了兩個激光束或其他光束集體地掃描區(qū)域的可變掃描光學(xué)器件的示例。該方案可以被擴(kuò)展到任意適當(dāng)數(shù)目的光束。每個光束掃描在區(qū)域內(nèi)的分區(qū)。通過改變所掃描的分區(qū)的大小，可以改變每個分區(qū)內(nèi)的亮度。可以改變所掃描的分區(qū)的尺寸，例如所掃描的分區(qū)可以是矩形的，以及可以改變所掃描的分區(qū)的長度和寬度，從而改變所掃描的分區(qū)的面積。隨著掃描的分區(qū)的大小和/或形狀被改變，掃描速度和圖案可以保持固定或者可以變化。例如，當(dāng)所掃描的分區(qū)較小時，可以減小掃描速度，以及當(dāng)所掃描的分區(qū)較大時，可以增加掃描速度。
[0182]在圖12中示出的示例實現(xiàn)方式中，結(jié)合允許光束跨不同區(qū)域掃描的例如可轉(zhuǎn)向MEMS鏡來使用多個光源例如激光器LSl和LS2。在該示例中，LSl照射區(qū)域I，并且LS2照射區(qū)域21S1和LS2—起照射整個成像區(qū)域1201。
[0183]LSl提供入射到雙軸掃描反射鏡1204上的光束，雙軸掃描反射鏡1204對區(qū)域I上的束1203進(jìn)行掃描。LS2提供入射到雙軸掃描反射鏡1205上的光束，雙軸掃描反射鏡1205對區(qū)域2上的束1202進(jìn)行掃描?？梢杂弥鹦械姆绞交蛉魏纹渌谕穆窂絹碓谙鄳?yīng)的區(qū)域上掃描束1203和1202。在該示例中，區(qū)域I的大小與區(qū)域2的大小不同。因此，1202的掃描速度可以增大以在針對1203掃描區(qū)域I所需要的相同時間內(nèi)掃描區(qū)域2。假定LSl和LS2具有相同或類似的強(qiáng)度，所產(chǎn)生的區(qū)域I的平均強(qiáng)度可以比區(qū)域2的平均強(qiáng)度更高。可以利用其它掃描圖案、掃描速度、圖案密度、光源調(diào)制或強(qiáng)度來獲取類似的效果。
[0184]在一些實施方式中，圖像數(shù)據(jù)處理器將圖像劃分成相等的區(qū)域部分，根據(jù)個體區(qū)域的要求用均具有經(jīng)調(diào)幅的一個光源來照射每個部分。
[0185]在一些實施方式中，以覆蓋其整個子部分的均勻場的形式來進(jìn)行照射。在一些實施方式中，圖像部分包括:在圖像(顏色)中存在的頻率中的一個或更多個頻率的相等光能的不同大小的區(qū)域，使得每個子部分和頻率可以達(dá)到不同的峰值幅度。
[0186]在一些實施方式中，以穿過其屏幕的子部分掃描的點光源的形式例如使用激光器和安裝在轉(zhuǎn)動的2軸反射鏡上的反射鏡來進(jìn)行照射。
[0187]在一些實施方式中，以穿過其屏幕的子部分掃描的線光源的形式例如使用激光器和安裝在轉(zhuǎn)動的I軸反射鏡上的反射鏡來進(jìn)行照射。
[0188]在一些實施方式中，每個圖像子部分用隨機(jī)照明圖案的序列來照射，每個隨機(jī)照明圖案由圖像數(shù)據(jù)處理器生成，該圖像數(shù)據(jù)處理器確保所產(chǎn)生的圖像符合輸入圖像數(shù)據(jù)。
[0189]在一些實施方式中，投影系統(tǒng)包括在圖像(顏色)中存在的頻率中的一個或更多個頻率的相等光能的不同大小的區(qū)域。每個子部分經(jīng)過空間光幅度調(diào)制例如SLM。
[0190]在一些實施方式中，投影系統(tǒng)包括在圖像(顏色)中存在的頻率中的一個或更多個頻率的相等光能的不同大小的區(qū)域。在每個子部分內(nèi)，以可變的速度但是恒定的強(qiáng)度進(jìn)行掃描，使得所感知的子部分的強(qiáng)度變化?？刂破骺梢员慌渲贸纱_保每個子部分在每個子部分內(nèi)以可變的速度掃描時仍完成在相同時間量上的總的子部分。
[0191]在一些實施方式中，所需要的掃描速度是高的，以及代替機(jī)動化反射鏡，采用衍射動態(tài)元件例如聲光調(diào)制器或聲光偏轉(zhuǎn)裝置，以描所使用的光。
[0192]圖13示出了作為在圖12中描繪的實現(xiàn)的替選方式的示例可變激光掃描光學(xué)器件。在圖13中，每個光源被中繼到相應(yīng)的區(qū)域，不是作為掃描光束，而是作為使用光束成形和擴(kuò)展光學(xué)器件進(jìn)行擴(kuò)展的完整場。
[0193]使用非對稱光束擴(kuò)展器ABEl來形成和擴(kuò)展光束LSI。然后，使用雙軸掃描反射鏡1302將所擴(kuò)展的光分布轉(zhuǎn)向到圖像的區(qū)域I上。類似地，使用非對稱光束擴(kuò)展器ABE2來形成和擴(kuò)展LS2。然后，使用雙軸掃描反射鏡1301將所擴(kuò)展的光分布轉(zhuǎn)向到圖像的區(qū)域2上。
[0194]在1310和1320中說明了非對稱光束擴(kuò)展器ABE2。1310示出了如何使用柱形透鏡1311和1312在兩個垂直方向上將入射光束擴(kuò)展不同的量。在其默認(rèn)配置中，可以是聚焦點形式的輸入光束分布將導(dǎo)致輸出光分布是方的和均勻的強(qiáng)度光束。如果需要矩形形狀，則可以通過例如沿該系統(tǒng)的光軸的馬達(dá)移動柱形透鏡1311或1312中的一個或兩者。移動1311將使方形1321改變成形狀1322。同樣地，移動1312將使方形1323改變成形狀1324。如果透鏡1311和1312都被移動，則輸出光分布可以如1325中所繪。除了形成單個光束之外，可以通過1301和1302使來自ABEl和ABE2的輸出光分布轉(zhuǎn)向，使得來自1300和1303的輸出光分布的混合照明充滿完整的圖像。
[0195]圖14示出了將光從第一區(qū)域移除并且使該光導(dǎo)向第二區(qū)域的光學(xué)開關(guān)的示例應(yīng)用。因此，第一區(qū)域變得較暗，以及第二區(qū)域變得較亮。
[0196]在圖14中，多個光源LSl至LSn例如經(jīng)由光纖將輸入光束提供到輸入端口 1400的陣列上。來自每個輸入端口的光呈現(xiàn)在裝置1403上，裝置1403包括使光轉(zhuǎn)向的一個或更多個元件例如1405。1405可以例如是雙軸可控反射鏡。該光還可以被中繼離開二次裝置1404，二次裝置1404包括使光轉(zhuǎn)向輸出端口的輸出陣列的一個或更多個元件例如1406。在一個實施方式中，由光源提供的輸入光束被準(zhǔn)直，并在輸出端口 1401處保持準(zhǔn)直。
[0197]圖15描繪了使用光學(xué)開關(guān)的光高效照明器以及整理模塊例如積分柱IR1，...，IRn1510的實現(xiàn)，多個光源LSl至LSn例如經(jīng)由光纖將輸入光束提供到輸入端口 1500的陣列上。這些光束還被導(dǎo)向整理模塊上，例如積分柱IRl至IRn的陣列。在該示例中，LSl和LS2入射到IRl上，LS3和LS4入射到IR2上等。1511示出了在IRl和IR2上的入射光分布。1513是源自LSl的光。1514是源自LS2的光。1515是源自LS3的光。1515是源自LS4的光?？梢砸灶愃频姆绞絹砻枋鲈撓到y(tǒng)中的剩余積分柱。1512示出了來自積分柱IRl和IR2的輸出光分布，并且圖示了如何使非均勻輸入分布變得均勻。1517的平均強(qiáng)度近似于組合或積分的1513和1514的平均強(qiáng)度的強(qiáng)度。1518的平均強(qiáng)度近似于組合或積分的1515和1516的平均強(qiáng)度的強(qiáng)度。
[0198]在1520中，示出了具有轉(zhuǎn)向的相同系統(tǒng)。在該示例中，LS2被轉(zhuǎn)向離開IRl并且進(jìn)入IR2，從而減小了來自IRl的強(qiáng)度輸出并且增加了IR2的強(qiáng)度輸出。1521示出了至IRl和IR2上的輸入光分布。1523示出了從LSl至IRl的輸入光分布。1524示出了從LS2、LS3和LS4至IR2的組合光輸入。
[0199]1522示出了來自積分柱IRl和IR2的輸出光分布。1525的平均強(qiáng)度近似于1523的平均強(qiáng)度的強(qiáng)度。1526的平均強(qiáng)度近似于組合或積分的1524的平均強(qiáng)度的強(qiáng)度。
[0200]圖16示出了應(yīng)用細(xì)化模塊(例如DMD)對光場進(jìn)行精細(xì)調(diào)諧的實施方式。
[0201]如本文中所述的裝置的輸出光場可以用作可控光源以照射細(xì)化級段，細(xì)化級段可以包括成像裝置如DMD、LCD或LCoS。成像裝置可以包括幅度調(diào)制SLM、PMD、擴(kuò)散裝置如DMD、LCD或LCoS。細(xì)化可以提供可改善完整系統(tǒng)的輸出光場的質(zhì)量的細(xì)化輸出。細(xì)化模塊可以包括去斑模塊、偏振改變裝置、顏色增強(qiáng)裝置等。
[0202]細(xì)化輸出光場可以以通常方式被成像或中繼到投影屏幕等。如在圖16中所示，光高效照明器可以與可用串聯(lián)和/或并聯(lián)的配置布置的一個或幾個細(xì)化模塊組合。
[0203]例如，細(xì)化模塊可以將高空間頻率細(xì)節(jié)提供至最終的光場，最終的光場現(xiàn)在可以在來自光高效照明器的輸出光場的頂部被成像或中繼到投影屏幕等上。
[0204]細(xì)化模塊的另一用途是使光高效照明器引入的視覺偽像最小化。在一些實現(xiàn)方式中，可以根據(jù)光高效照明器輸出的分析以及人類視覺系統(tǒng)例如顏色外觀模型、視覺差異預(yù)測器或其他模型來執(zhí)行這些改進(jìn)。
[0205]在優(yōu)選實施方式中，動態(tài)光高效照明器提供了目標(biāo)光場的第一低質(zhì)量版本，例如低空間分辨率彩色圖像，作為到細(xì)化模塊的輸入。細(xì)化模塊可以包括相對于彩色圖像的高空間分辨率的單空間幅度調(diào)制器，并且僅提供亮度調(diào)制。組合的輸出在絕對意義上可以與目標(biāo)光場不同，但是在感知上是可比較的。
[0206]圖17描繪了示例光學(xué)實現(xiàn)方式以及在具有細(xì)化模塊的光高效照明器的各個級段處存在的光分布。來自光高效照明器的輸出光場1700經(jīng)由例如中繼透鏡系統(tǒng)1701被中繼到細(xì)化模塊1703上。1704示出了由光高效照明器產(chǎn)生的示例輸出光分布。1705示出了在細(xì)化模塊1703上入射的示例光分布。在一些實施方式中，可以優(yōu)選地不將1700的輸出精確地聚焦到1703上，而是替代地通過將1703移動某一量1702而使1704模糊或?qū)?704進(jìn)行空間低通濾波。
[0207]圖18:示出了包括細(xì)化模塊(例如DMD)以及整理模塊(例如積分柱陣列)的實施方式。
[0208]某些應(yīng)用可能需要輸出光場是高保真度、均勻、或可預(yù)測的。在一些情況下，輸出光場可以包括沒有針對目標(biāo)光場指定的不期望的尖銳尖峰或其他光學(xué)噪聲?？梢酝ㄟ^提供均勻化元件的陣列例如獨立積分柱的陣列或光纖束或在照明器與細(xì)化模塊之間的一些光學(xué)波導(dǎo)來減少這些問題。然后，空間可變輸出光場被減少至與使用的均勻化元件(例如光纖或積分柱)的數(shù)目匹配的已知強(qiáng)度分布區(qū)域的數(shù)目。將光轉(zhuǎn)向至多個積分柱、光纖或區(qū)域的優(yōu)點可以包括:增強(qiáng)的對比度、改進(jìn)的黑電平、較高的峰值強(qiáng)度和/或輸出光分布的改進(jìn)的可預(yù)測性。此外，由于否則會穿過一個均勻化元件的光可以被重定向到另一均勻化元件，則產(chǎn)生的峰值亮度在最好的情況下可以增加了近似于區(qū)域的數(shù)目(例如，所有光或大部分光可以被導(dǎo)向均勻化元件中的一個)。通過對比，在沒有重定向光而是僅僅使光衰減以實現(xiàn)期望的亮度等級的系統(tǒng)中，峰值亮度被限制為系統(tǒng)的光模塊可以提供的全局亮度等級。
[0209]圖19描繪了與整理模塊和細(xì)化模塊組合的光高效照明器的示例實現(xiàn)方式。光高效照明器1900的輸出使用例如透鏡1901被中繼到積分柱1902的陣列IRl、IR2、IR3以及IR4上。積分柱的陣列的輸出1903進(jìn)一步使用例如透鏡1904被中繼到1905上。1905表示例如以幅度調(diào)制SLM形式的細(xì)化模塊。1905的輸出使用例如透鏡1911被中繼到例如投影屏幕1912上。在1907描繪了來自1900的示例輸出光場?？梢允褂幂^小的偏移1906使入射到1905上的光分布模糊，在1903處的光分布1908變成在1905處的光分布1909。1910示出了來自完整系統(tǒng)的最終輸出光場，其中1913表示1909通過1912調(diào)制成1914的中繼版本。
[0210]本文中描述的投影系統(tǒng)可以包括多個調(diào)制級段。一個或更多個級段可以調(diào)制光的相位，和/或一個或更多個其他級段調(diào)制光的幅度，和/或一個或更多個其他級段調(diào)制光的頻率，和/或一個或更多個其他級段調(diào)制光的偏振。例如，一個投影系統(tǒng)可以具有兩個空間幅度調(diào)制器、以及一個空間相位調(diào)制器。
[0211]這樣的級段可以被布置成以串聯(lián)或并聯(lián)的形式或兩者的混合形式來處理光。在并聯(lián)的情況下，可以通過分光器或光束合成器例如分色鏡來組合不同的光場以組合不同頻率的光，或通過偏振分光器來組合不同的光場以將具有不同的偏振的光組合。針對串聯(lián)的情況，一個級段的輸出被用作下一級段的輸入。例如，一個系統(tǒng)可以使用與相位調(diào)制器并聯(lián)的頻率調(diào)制器，相位調(diào)制器和頻率調(diào)制器二者與空間幅度調(diào)制器串聯(lián)地安置。在兩個并聯(lián)級段被中繼到與并聯(lián)級段串聯(lián)地安置的空間幅度調(diào)制器之前，可以通過光束合成器來組合兩個并聯(lián)級段。
[02M]圖20示出了在應(yīng)用色場序列方案的系統(tǒng)中的強(qiáng)度-時間和強(qiáng)度-位置圖。2010指示在由紅通道(2011)、綠通道(2012)以及藍(lán)通道(2013)組成的三原色光高效照明器中的期望的空間橫截面光分布的示例。由于光高效照明器通過再分配光而不是排他地幅度調(diào)制光(通過衰減)來實現(xiàn)其目標(biāo)光分布，所以每個光源所需要的光的總量與分別針對R、G以及B的每個顏色通道光分布2011、2012以及2013的積分的光成比例。在該特定示例中，可以檢查光分布2011、2012以及2013，以及推斷:需要較少量的綠光、需要適中量的紅光，以及需要最大量的藍(lán)光。
[0213]在色場序列驅(qū)動方案中的一個視頻幀內(nèi)的針對每種顏色的光的總量可以通過降低如在2000中描繪的固定時段內(nèi)的各個光源的強(qiáng)度來在源處進(jìn)行調(diào)制，或通過在2020中描繪的變化時間量內(nèi)的固定強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，或者通過沒有在此描繪的這兩個方案的組合來進(jìn)行調(diào)制。在2000中，通過2001描繪針對紅色的強(qiáng)度調(diào)制方法，通過2002描繪針對綠色的強(qiáng)度調(diào)制方法，以及通過2003描繪針對藍(lán)色的強(qiáng)度調(diào)制方法。在2020中，通過2021描繪針對紅色的時間調(diào)制方法，通過2022描繪針對綠色的時間調(diào)制方法，以及通過2023描繪針對藍(lán)色的時間調(diào)制方法。
[0214]術(shù)語解釋
[0215]除非上下文清楚地要求，否則貫穿說明書和權(quán)利要求:
[0216].與排他性或窮舉性含義相反，“包括”、“包含”等應(yīng)以包括性含義來解釋;也就是說，以“包括但不限于”的含義；
[0217].“連接”、“耦合”或其任何變體意味著兩個或更多個元件之間的直接或間接的任意連接或耦合;元件之間的耦合或連接可以是物理的、邏輯的、或物理與邏輯的組合；
[0218].“本文中”、“以上”、“以下”、以及類似含義的詞在用于描述本說明書時，應(yīng)指作為整體的本說明書，而不是本說明書的任何特定的部分；
[0219].關(guān)于兩個或更多項的列表，“或”覆蓋所有下面的詞的解釋:列表中的項中的任一項、列表中的所有項、以及列表中項的任意組合；
[0220].單數(shù)形式“一”、“一個”以及“所述”也包括任何適當(dāng)復(fù)數(shù)形式的含義。
[0221]在本說明書和任何所附權(quán)利要求中使用的(在存在的情況下)指示方向的詞，例如“垂直”、“橫向”、“水平” “向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向內(nèi)”、“向外”、“豎直”、“橫斷”、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂部”、“底部”、“下面”、“上”、“下”等，取決于所描述和示出的裝置的具體方位。本文中描述的主題可以假定各種可替選的方位。因此，這些方向術(shù)語沒有嚴(yán)格地限定并且不應(yīng)當(dāng)狹義地解釋。
[0222]可以使用下述項來實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式:專門設(shè)計的硬件，可配置硬件，通過能夠在數(shù)據(jù)處理器上執(zhí)行的軟件(其可以可選地包括“固件”)的提供而配置的可編程數(shù)據(jù)處理器，專門目的計算機(jī)或數(shù)據(jù)處理器，所述專門目的計算機(jī)或數(shù)據(jù)處理器被專門編程、配置或構(gòu)造成執(zhí)行如在本文中詳細(xì)說明的方法中的一個或更多個步驟和/或這些中的兩個或更多個步驟的組合。專門設(shè)計的硬件的示例是:邏輯電路、專用集成電路(“ASIC”)、大規(guī)模集成電路(“LSI”)、超大規(guī)模集成電路(“VLSI”)等?？膳渲糜布氖纠?一個或更多個可編程邏輯器件，例如可編程陣列邏輯(“PAL”)、可編程邏輯陣列(“PLA”)以及現(xiàn)場可編程門陣列(“FPGA”)。可編程數(shù)據(jù)處理器的示例是:微處理器、數(shù)字信號處理器(“DSP” )、嵌入式處理器、圖形處理器、數(shù)學(xué)協(xié)處理器、通用計算機(jī)、服務(wù)器計算機(jī)、云計算機(jī)、主機(jī)計算機(jī)、計算機(jī)工作站等。例如，用于裝置的控制電路中的一個或更多個數(shù)據(jù)處理器可通過執(zhí)行在處理器可訪問的程序存儲器中的軟件指令來實現(xiàn)如本文中描述的方法。
[0223]處理可以是集中式或分布式。當(dāng)處理是分布式時，可以集中或分布地保存包括軟件和/或數(shù)據(jù)的信息?？梢越柚谕ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)(例如局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)或因特網(wǎng))、有線或無線數(shù)據(jù)鏈路、電磁信號或其他數(shù)據(jù)通信信道在不同功能單元之間交換這樣的信息。
[0224]例如，盡管以給定順序呈現(xiàn)處理或塊，但是替選示例可以以不同的順序執(zhí)行具有步驟的例程或應(yīng)用具有塊的系統(tǒng)，并且一些處理或塊可以被刪除、移動、添加、細(xì)分、組合和/或修改以提供替選方案或子組合?？梢杂酶鞣N不同方式來實現(xiàn)這些處理或塊中的每個。此外，盡管處理或塊有時被示出為連續(xù)地執(zhí)行，但是替代地這些處理或塊可以并行地執(zhí)行，或者可以在不同的時間執(zhí)行。
[0225]此外，盡管元件有時被示出為順序地執(zhí)行，但是元件可以代替地同時或以不同的順序執(zhí)行。因此，意圖是:所附權(quán)利要求被解釋為包括在其意圖范圍內(nèi)的所有這樣的改變。
[0226]軟件和其他模塊可以駐留在下述裝置上:服務(wù)器、工作站、個人計算機(jī)、平板計算機(jī)、圖像數(shù)據(jù)編碼器、圖像數(shù)據(jù)解碼器、PDA、視頻投影裝置、顯示器(例如電視)、數(shù)字影院投影裝置、媒體播放器以及適于本文中描述的目的的其他裝置。
[0227]還可以以程序產(chǎn)品的形式提供本發(fā)明。程序產(chǎn)品可以包括攜帶一組計算機(jī)可讀指令的任意非暫態(tài)介質(zhì)，當(dāng)由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行該組計算機(jī)可讀指令時，使數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明的程序產(chǎn)品可以是各種形式中的任一種形式。程序產(chǎn)品可以包括例如非暫態(tài)介質(zhì)，如磁數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)、光數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)、電子數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，其中磁數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)包括軟盤、硬盤驅(qū)動器，光數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)包括CD R0M、DVD，電子數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)包括R0M、閃速RAM、EPR0M、硬線或預(yù)編程芯片(例如，EEPROM半導(dǎo)體芯片)、納米技術(shù)存儲器等?？梢钥蛇x地壓縮或加密程序產(chǎn)品上的計算機(jī)可讀信號。
[0228]在一些實施方式中，可以用軟件實現(xiàn)本發(fā)明。為了更清楚，“軟件”包括在處理器上執(zhí)行的任何指令，并且可以包括(但不限于)固件、駐留軟件、微代碼等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，處理硬件和軟件二者可以整體地或部分地是集中式的或分布式的(或集中式和分布式的組合)。例如，可以經(jīng)由本地存儲器、經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)由瀏覽器或在分布式計算環(huán)境下的其他應(yīng)用、或經(jīng)由適于上述目的的其他手段來訪問軟件和其他模塊。
[0229]當(dāng)部件(例如軟件模塊、處理器、組件、裝置、電路等)在以上被提及時，除非另外地指明，否則提及該部件(包括提及“裝置”)應(yīng)被解釋為包括執(zhí)行所描述的部件的功能的任何部件(即，功能上等同)以作為該部件的等同物，包括執(zhí)行在本發(fā)明的示出的示例性實施方式中的功能的在結(jié)構(gòu)上與所公開的結(jié)構(gòu)不等同的部件。
[0230]為了說明的目的本文中已經(jīng)描述了系統(tǒng)、方法和裝置的特定示例。這些僅是示例。本文中提供的技術(shù)可以應(yīng)用到除上述示例系統(tǒng)之外的系統(tǒng)?？梢栽诒景l(fā)明的實施內(nèi)進(jìn)行許多改變、修改、添加、省略以及置換。本發(fā)明包括對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的所描述的實施方式的變化，包括通過下述方式獲得的變化:用等同特征、元件和/或動作替換特征、元件和/或動作;對來自不同實施方式的特征、元件和/或動作進(jìn)行混合和匹配;對來自本文中描述的實施方式的特征、元件和/或動作與其他技術(shù)的特征、元件和/或動作進(jìn)行組合;和/或省略來自所描述的實施方式的組合的特征、元件和/或動作。
[0231]因此，意圖是:所附權(quán)利要求和文中引入的權(quán)利要求被解釋為包括可以合理地推斷的所有這樣的修改、置換、添加、省略以及子組合。權(quán)利要求的范圍不應(yīng)受示例中陳述的優(yōu)選實施方式限制，而是應(yīng)當(dāng)給出與作為整體的描述一致的最寬的解釋。
【主權(quán)項】
1.一種用于顯示由圖像數(shù)據(jù)指定的圖像的方法，所述圖像數(shù)據(jù)指定根據(jù)所述圖像上的位置而改變的亮度，使得所述圖像具有較暗區(qū)域和較亮區(qū)域，所述方法包括: 控制相位調(diào)制器以提供具有基于所述圖像數(shù)據(jù)的配置的二維自由形式透鏡； 用入射光照射所述相位調(diào)制器，并且允許所述入射光與所述相位調(diào)制器相互作用以得到經(jīng)修改的光場；以及 將所述經(jīng)修改的光場投射到表面上以得到圖像的描繪； 其中，所述光與所述相位調(diào)制器的相互作用使光重定向，否則該光會將所述圖像的較暗區(qū)域照射成所述圖像的較亮區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述圖像數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù)，并且所述方法包括:基于所述圖像數(shù)據(jù)的連續(xù)的幀控制所述相位調(diào)制器以順序地改變所述二維自由形式透鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的方法，包括:通過進(jìn)一步對所述經(jīng)修改的光場進(jìn)行空間調(diào)制來細(xì)化所述經(jīng)修改的光場。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，進(jìn)一步對所述經(jīng)修改的光場進(jìn)行空間調(diào)制包括:從反射型空間光調(diào)制器反射所述經(jīng)修改的光場的光。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，進(jìn)一步對所述經(jīng)修改的光場進(jìn)行空間調(diào)制包括:將所述經(jīng)修改的光場的光穿過透射型空間光調(diào)制器。6.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的方法，包括:通過將所述經(jīng)修改的光場的光穿過細(xì)化模塊來將高空間頻率細(xì)節(jié)添加至所述經(jīng)修改的光場。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述細(xì)化模塊包括光積分元件的陣列。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，所述細(xì)化模塊包括空間光調(diào)制器，并且所述方法包括:控制所述空間光調(diào)制器以進(jìn)一步調(diào)制所述經(jīng)修改的光場的所述光。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，包括:通過對所述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用前向算法來產(chǎn)生所述自由形式透鏡的所述配置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述前向算法包括:對所述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用逆變換，所述逆變換通過包括所述相位調(diào)制器的光路來使應(yīng)用于所述入射光的變換逆轉(zhuǎn)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述逆變換包括逆傅里葉變換。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述前向算法包括迭代算法。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述迭代算法包括:迭代地使當(dāng)前解與由所述圖像數(shù)據(jù)指定的目標(biāo)圖像之間的差最小化，直到滿足完成標(biāo)準(zhǔn)。14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，包括:將所述迭代算法執(zhí)行第一數(shù)目的迭代以得到用于所述自由形式透鏡的第一配置，根據(jù)所述第一配置控制所述相位調(diào)制器，在根據(jù)所述第一配置控制所述相位調(diào)制器的同時，將所述迭代算法執(zhí)行一個或更多個另外的迭代以得到用于所述自由形式透鏡的細(xì)化的配置以及隨后根據(jù)所述細(xì)化的配置控制所述相位調(diào)制器。15.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，包括:通過處理所述圖像數(shù)據(jù)以得到用于多個光學(xué)元件的參數(shù)來產(chǎn)生所述自由形式透鏡的所述配置，以及控制所述相位調(diào)制器以仿真這些光學(xué)元件。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述光學(xué)元件包括棱鏡。17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，所述光學(xué)元件包括透鏡。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述透鏡包括菲涅爾透鏡。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，所述透鏡包括柱形透鏡。20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項所述的方法，包括:控制所述相位調(diào)制器以仿真疊加多個預(yù)定義的光學(xué)元件。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所疊加的多個預(yù)定義的光學(xué)元件包括棱鏡和透Ho22.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中，所述自由形式透鏡被配置成在所述經(jīng)修改的光場中提供一個或更多個特征，每個特征由一組特征參數(shù)描述，使得在所述經(jīng)修改的光場中所述特征的和提供所述圖像的近似。23.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，包括控制所述相位調(diào)制器以得到具有一個配置的自由形式透鏡，該配置使得所述經(jīng)修改的光場包括被選擇為近似與所述圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的目標(biāo)光場、具有不同位置、幅度和半峰全寬的一組高斯強(qiáng)度分布。24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項所述的方法，包括控制所述相位調(diào)制器以得到具有一個配置的自由形式透鏡，該配置使得與所述自由形式透鏡的第一區(qū)域相互作用的所述入射光在所述經(jīng)修改的光場上移動，以與已經(jīng)和所述自由形式透鏡的不同于所述第一區(qū)域的第二區(qū)域相互作用的光交疊。25.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項所述的方法，包括控制所述相位調(diào)制器以得到具有一個配置的自由形式透鏡，該配置使得與所述自由形式透鏡的第一區(qū)域相互作用的所述入射光通過與所述自由形式透鏡相互作用被聚焦。26.根據(jù)權(quán)利要求1至25中任一項所述的方法，其中，所述圖像的所述較亮區(qū)域的亮度超過所述經(jīng)修改的光場的最大可獲得的均勻亮度。27.根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項所述的方法，包括:在允許所述入射光與所述相位調(diào)制器相互作用之前，使所述入射光準(zhǔn)直。28.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項所述的方法，包括:控制所述入射光的強(qiáng)度。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，包括:單獨控制照射所述相位調(diào)制器上的多個不同區(qū)域中的每個區(qū)域的所述入射光的強(qiáng)度。30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的方法，包括在多個可變強(qiáng)度光源處產(chǎn)生所述入射光，其中所述方法包括單獨控制由所述多個光源中的不同的光源發(fā)出的光的強(qiáng)度。31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述光源包括激光器。32.根據(jù)權(quán)利要求1至31中任一項所述的方法，其中，所述入射光是寬帶光。33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述入射光是白光。34.根據(jù)權(quán)利要求1至31中任一項所述的方法，其中，所述入射光包括相干光或部分相干光。35.根據(jù)權(quán)利要求1至34中任一項所述的方法，其中，所述相位調(diào)制器是光反射的，并且所述方法包括將所述入射光從所述相位調(diào)制器反射開。36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述相位調(diào)制器包括LCOS裝置。37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述相位調(diào)制器包括可變形反射鏡。38.根據(jù)權(quán)利要求1至34中任一項所述的方法，其中，所述相位調(diào)制器包括可變形透鏡。39.根據(jù)權(quán)利要求1至34中任一項所述的方法，其中，所述相位調(diào)制器是光透射的，并且所述方法包括將所述入射光穿過所述相位調(diào)制器。40.根據(jù)權(quán)利要求1至39中任一項所述的方法，其中，所述入射光與所述相位調(diào)制器的相互作用使所述入射光折射。41.根據(jù)權(quán)利要求1至40中任一項所述的方法，其中，將所述經(jīng)修改的光場投射到所述表面包括:將所述經(jīng)修改的光場穿過包括多個積分元件的整理級段。42.根據(jù)權(quán)利要求1至41中任一項所述的方法，包括重復(fù)以下步驟: 控制所述相位調(diào)制器以提供具有基于所述圖像數(shù)據(jù)的配置的自由形式透鏡； 用入射光照射所述相位調(diào)制器，并且允許所述入射光與所述相位調(diào)制器相互作用以得到經(jīng)修改的光場；以及 針對入射光的多種不同顏色中的每種顏色，以時分復(fù)用的方式將所述經(jīng)修改的光場投射到表面上。43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，包括:在一個幀內(nèi)，將入射光的不同顏色的開啟時間控制為不同。44.根據(jù)權(quán)利要求1至41中任一項所述的方法，包括:使用對應(yīng)的多個相位調(diào)制器針對所述入射光的多種顏色中的每種顏色單獨執(zhí)行所要求保護(hù)的方法，以及將所產(chǎn)生的多個經(jīng)修改的光場進(jìn)行組合以得到彩色圖像。45.根據(jù)權(quán)利要求1至44中任一項所述的方法，包括:控制所述自由形式透鏡以使所述經(jīng)修改的光場的不同部分被聚焦在不同平面上。46.根據(jù)權(quán)利要求1至45中任一項所述的方法，包括:控制所述入射光的偏振。47.根據(jù)權(quán)利要求1至45中任一項所述的方法，包括:調(diào)制所述光的頻率。48.—種用于顯示由圖像數(shù)據(jù)指定的圖像的顯示裝置，所述圖像數(shù)據(jù)指定根據(jù)所述圖像上的位置而改變的亮度，使得所述圖像具有較暗區(qū)域和較亮區(qū)域，所述顯示裝置包括: 相位調(diào)制器； 控制電路，所述控制電路被連接成控制所述相位調(diào)制器以提供具有基于所述圖像數(shù)據(jù)的配置的二維自由形式透鏡； 光源，所述光源被布置成用入射光照射所述相位調(diào)制器；以及 光學(xué)器件，所述光學(xué)器件被布置成將包括已經(jīng)與所述自由形式透鏡相互作用的光的經(jīng)修改的光場投射到表面上以得到所述圖像的描繪； 其中，所述相位調(diào)制器由所述控制電路控制，以使光重定向，否則該光會將所述圖像的較暗區(qū)域照射成所述圖像的較亮區(qū)域。49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的顯示裝置，其中，所述圖像數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù)，并且所述控制電路被配置成基于所述圖像數(shù)據(jù)的連續(xù)的幀控制所述相位調(diào)制器以順序地改變所述二維自由形式透鏡。50.根據(jù)權(quán)利要求48至49中任一項所述的顯示裝置，包括細(xì)化模塊，所述細(xì)化模塊包括空間光調(diào)制器，所述空間光調(diào)制器被布置成進(jìn)一步對所述經(jīng)修改的光場進(jìn)行空間調(diào)制。51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的顯示裝置，其中，所述空間光調(diào)制器包括反射型空間光調(diào)制器。52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的顯示裝置，其中，所述空間光調(diào)制器包括透射型空間光調(diào)制器。53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的顯示裝置，其中，所述細(xì)化模塊包括光積分元件的陣列。54.根據(jù)權(quán)利要求48至53中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成通過對所述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用前向算法來產(chǎn)生所述自由形式透鏡的所述配置。55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的顯示裝置，其中，所述前向算法包括:對所述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用逆變換，所述逆變換通過包括所述相位調(diào)制器的光路來使應(yīng)用于所述入射光的變換逆轉(zhuǎn)。56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的顯示裝置，其中，所述逆變換包括逆傅里葉變換。57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的顯示裝置，其中，所述前向算法包括迭代算法。58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的顯示裝置，其中，所述迭代算法包括:迭代地使當(dāng)前解與由所述圖像數(shù)據(jù)指定的目標(biāo)圖像之間的差最小化，直到滿足完成標(biāo)準(zhǔn)。59.根據(jù)權(quán)利要求57或58所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成:將所述迭代算法執(zhí)行第一數(shù)目的迭代以得到用于所述自由形式透鏡的第一配置，根據(jù)所述第一配置控制所述相位調(diào)制器，在根據(jù)所述第一配置控制所述相位調(diào)制器的同時，將所述迭代算法執(zhí)行一個或更多個另外的迭代以得到用于所述自由形式透鏡的細(xì)化的配置以及隨后根據(jù)所述細(xì)化的配置控制所述相位調(diào)制器。60.根據(jù)權(quán)利要求48至53中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成:通過處理所述圖像數(shù)據(jù)以得到用于多個預(yù)定義的光學(xué)元件的參數(shù)來產(chǎn)生所述自由形式透鏡的所述配置，以及控制所述相位調(diào)制器以仿真這些光學(xué)元件。61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的顯示裝置，其中，所述光學(xué)元件包括棱鏡。62.根據(jù)權(quán)利要求60或61所述的顯示裝置，其中，所述光學(xué)元件包括透鏡。63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的顯示裝置，其中，所述透鏡包括菲涅爾透鏡。64.根據(jù)權(quán)利要求62或63所述的顯示裝置，其中，所述透鏡包括柱形透鏡。65.根據(jù)權(quán)利要求60至64中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成控制所述相位調(diào)制器以仿真疊加多個預(yù)定義的光學(xué)元件。66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的顯示裝置，其中，所疊加的多個預(yù)定義的光學(xué)元件包括棱鏡和透鏡。67.根據(jù)權(quán)利要求48至53中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成設(shè)置所述相位調(diào)制器，使得所述自由形式透鏡在所述經(jīng)修改的光場中提供一個或更多個特征，每個特征由一組特征參數(shù)描述，使得在所述經(jīng)修改的光場中所述特征的和提供所述圖像的近似。68.根據(jù)權(quán)利要求48至53中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成設(shè)置所述相位調(diào)制器以得到具有一個配置的自由形式透鏡，該配置使得所述經(jīng)修改的光場包括被選擇為近似與所述圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的目標(biāo)光場的具有不同位置、幅度和半峰全寬的一組高斯強(qiáng)度分布。69.根據(jù)權(quán)利要求48至68中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成控制所述相位調(diào)制器以得到具有一個配置的自由形式透鏡，該配置使得與所述自由形式透鏡的第一區(qū)域相互作用的所述入射光在所述經(jīng)修改的光場上移動，以與已經(jīng)和所述自由形式透鏡的不同于所述第一區(qū)域的第二區(qū)域相互作用的光交疊。70.根據(jù)權(quán)利要求48至69中任一項所述的顯示裝置，其特征在于:所述經(jīng)修改的光場的最大可獲得的均勻亮度，其中，所述圖像的所述較亮區(qū)域的亮度超過所述經(jīng)修改的光場的所述最大可獲得的均勻亮度。71.根據(jù)權(quán)利要求48至70中任一項所述的顯示裝置，包括準(zhǔn)直器，所述準(zhǔn)直器被布置成使所述相位調(diào)制器前方的入射光準(zhǔn)直。72.根據(jù)權(quán)利要求48至71中任一項所述的顯示裝置，其中，所述光源是可控強(qiáng)度光源，并且所述控制電路被連接成控制所述光源的強(qiáng)度。73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的顯示裝置，其中，所述光源包括多個可變強(qiáng)度光源，并且所述控制電路被連接成單獨控制由所述多個光源中的不同的光源發(fā)出的光的強(qiáng)度。74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的顯示裝置，其中，所述光源均照射所述相位調(diào)制器的不同區(qū)域。75.根據(jù)權(quán)利要求73或74所述的顯示裝置，其中，所述光源包括激光器。76.根據(jù)權(quán)利要求48至74中任一項所述的顯示裝置，其中，所述光源是發(fā)出寬帶光的寬帶光源。77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的顯示裝置，其中，所述光源是發(fā)出白光的白光源。78.根據(jù)權(quán)利要求48至74中任一項所述的顯示裝置，其中，所述光源發(fā)出相干光或部分相干光。79.根據(jù)權(quán)利要求48至78中任一項所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器是光反射的。80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器包括LCOS裝置。81.根據(jù)權(quán)利要求79所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器包括可變形反射鏡。82.根據(jù)權(quán)利要求48至78中任一項所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器包括可變形透鏡。83.根據(jù)權(quán)利要求48至78中任一項所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器是光透射的。84.根據(jù)權(quán)利要求48至83中任一項所述的顯示裝置，包括整理級段，所述整理級段包括多個積分元件，所述多個積分元件被布置在所述相位調(diào)制器與所述表面之間。85.根據(jù)權(quán)利要求48至84中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成重復(fù)以下步驟: 控制所述相位調(diào)制器以提供具有基于所述圖像數(shù)據(jù)的配置的自由形式透鏡； 用入射光照射所述相位調(diào)制器，并且允許所述入射光與所述相位調(diào)制器相互作用以得到經(jīng)修改的光場；以及 針對入射光的多種不同顏色中的每種顏色，以時分復(fù)用的方式將所述經(jīng)修改的光場投射到表面上。86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成:在一個幀內(nèi)，將入射光的不同顏色的開啟時間控制為不同。87.根據(jù)權(quán)利要求48至84中任一項所述的顯示裝置，包括:多個光源和顏色再組合器，所述多個光源中的每個光源被布置成將入射光導(dǎo)引到多個相位調(diào)制器中的相應(yīng)相位調(diào)制器上，并且所述顏色再組合器被布置成將所產(chǎn)生的多個經(jīng)修改的光場進(jìn)行組合以得到彩色圖像。88.—種用于顯示圖像的方法，所述圖像具有根據(jù)位置而改變的亮度，使得所述圖像具有較暗區(qū)域和較亮區(qū)域，所述方法包括: 傳送來自多個光源中的每個光源的光以照射屏幕的多個對應(yīng)區(qū)域；以及 響應(yīng)于定義所述圖像的圖像數(shù)據(jù)來改變所述多個對應(yīng)區(qū)域的大小，使得位于所述圖像的所述較亮區(qū)域的所述對應(yīng)區(qū)域較小，以及位于所述圖像的所述較暗區(qū)域的所述對應(yīng)區(qū)域較大。89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，其中，將所述光傳送至所述對應(yīng)區(qū)域包括:在掃描時段期間在所述對應(yīng)區(qū)域上掃描源于所述對應(yīng)光源的光束。90.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其中，所述掃描包括光柵掃描。91.根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其中，相比于在所述較小區(qū)域上掃描線之間的間隔，在所述較大區(qū)域上掃描線之間的間隔更大。92.根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其中，相比于在所述較小區(qū)域上所述光束與所述屏幕的交叉點的速度，在所述較大區(qū)域上所述光束與所述屏幕的交叉點的速度更大。93.根據(jù)權(quán)利要求88至92中任一項所述的方法，其中，所述屏幕的所述對應(yīng)區(qū)域是矩形。94.根據(jù)權(quán)利要求88至93中任一項所述的方法，其中，改變所述多個對應(yīng)區(qū)域的大小包括:改變所述對應(yīng)區(qū)域中的至少一些區(qū)域的長度，以及改變所述對應(yīng)區(qū)域中的至少一些區(qū)域的寬度。95.根據(jù)權(quán)利要求88至94中任一項所述的方法，其中，所述光源包括激光光源。96.根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，其中，將來自所述光源的光傳送至所述對應(yīng)區(qū)域包括:借助于光束成形和光束擴(kuò)展光學(xué)器件將光中繼至所述對應(yīng)區(qū)域。97.根據(jù)權(quán)利要求96所述的方法，包括:對來自所述光源中的一個光源的光束進(jìn)行擴(kuò)展和成形以匹配所述對應(yīng)區(qū)域的大小和形狀，以及將所擴(kuò)展成形的光束轉(zhuǎn)向至所述對應(yīng)區(qū)域的定位。98.根據(jù)權(quán)利要求97所述的方法，其中，將所擴(kuò)展成形的光束轉(zhuǎn)向包括:調(diào)節(jié)雙軸掃描鏡光學(xué)器件。99.根據(jù)權(quán)利要求97或98所述的方法，其中，擴(kuò)展所述光束包括:在兩個垂直方向中的每個方向上將所述光束擴(kuò)展不同的量。100.根據(jù)權(quán)利要求97至99中任一項所述的方法，其中，擴(kuò)展所述光束包括:將所述光束穿過一對柱形透鏡。101.—種顯示裝置，包括: 多個光源，所述光源中的每個光源與光路關(guān)聯(lián)，所述光路被布置成將來自所述光源的光運載至對應(yīng)圖像區(qū)域； 控制電路，所述控制電路被連接成響應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)來控制所述光路中的光學(xué)器件以改變所述對應(yīng)圖像區(qū)域的大?。?其中，所述控制器被配置成增加位于所述圖像的較暗區(qū)域的所述對應(yīng)圖像區(qū)域的大小，以及減小位于所述圖像的較亮區(qū)域的所述對應(yīng)圖像區(qū)域的大小。102.根據(jù)權(quán)利要求101所述的顯示裝置，其中，所述光路中的每個光路包括掃描裝置，所述掃描裝置被布置成將來自所述光源中的對應(yīng)光源的光掃描到所述對應(yīng)圖像區(qū)域上。103.根據(jù)權(quán)利要求102所述的顯示裝置，其中，所述掃描裝置包括光柵掃描裝置。104.根據(jù)權(quán)利要求102或103所述的顯示裝置，其中，所述屏幕的所述對應(yīng)區(qū)域是矩形。105.根據(jù)權(quán)利要求101至104中任一項所述的顯示裝置，其中，所述控制電路被配置成:通過改變所述對應(yīng)區(qū)域中至少一些區(qū)域的長度以及改變所述對應(yīng)區(qū)域中至少一些區(qū)域的寬度來改變所述多個對應(yīng)區(qū)域的大小。106.根據(jù)權(quán)利要求101至105中任一項所述的顯示裝置，其中，所述光源包括激光光源。107.根據(jù)權(quán)利要求101所述的顯示裝置，其中，所述光路包括被布置成將來自所述對應(yīng)光源的光傳送至所述對應(yīng)區(qū)域的可控光束成形和光束擴(kuò)展光學(xué)器件。108.根據(jù)權(quán)利要求101所述的顯示裝置，其中，所述光路包括雙軸掃描鏡光學(xué)器件。109.根據(jù)權(quán)利要求101至108中任一項所述的顯示裝置，其中，所述光路中的每個光路包括一對柱形透鏡。110.—種用于產(chǎn)生具有期望光分布的光場的方法，所述方法包括: 提供光積分元件的陣列，每個光積分元件被布置成將光傳送至成像裝置的對應(yīng)區(qū)域； 將來自多個輸入端口中的每個輸入端口的光轉(zhuǎn)向至多個光積分元件中的一個光積分元件，使得所述光積分元件中的至少一些光積分元件接收來自多個輸入端口的光，以及所述光積分元件中的不同的光積分元件接收來自不同數(shù)目的光輸入端口的光。111.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其中，所述成像裝置包括相位調(diào)制器，并且所述方法包括:在所述相位調(diào)制器處對所述光進(jìn)行相位調(diào)制以得到經(jīng)修改的光場。112.—種顯示裝置，包括: 積分元件的陣列，每個積分元件被布置成將光傳送至對應(yīng)的顯示區(qū)域； 多個光源，每個光源被布置成將光傳送至多個輸入端口中的對應(yīng)的輸入端口 ； 轉(zhuǎn)向光學(xué)器件，所述轉(zhuǎn)向光學(xué)器件與所述輸入端口關(guān)聯(lián)，所述轉(zhuǎn)向光學(xué)器件被布置成將來自所述輸入端口中的一個輸入端口的光轉(zhuǎn)向至多個積分元件中的任一個積分元件；以及 成像裝置，所述成像裝置由所述積分元件照射。113.根據(jù)權(quán)利要求112所述的顯示裝置，其中，所述成像裝置包括相位調(diào)制器。114.根據(jù)權(quán)利要求113所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器包括反射式相位調(diào)制器。115.根據(jù)權(quán)利要求114所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器包括LCoS裝置。116.根據(jù)權(quán)利要求114所述的顯示裝置，其中，所述相位調(diào)制器包括可變形反射鏡。117.—種用于產(chǎn)生目標(biāo)光場的方法，所述目標(biāo)光場包括指定空間分布的亮度，所述方法包括: 控制相位調(diào)制器以提供具有基于所述目標(biāo)光場的配置的自由形式透鏡；以及 用入射光照射所述相位調(diào)制器，并且允許所述入射光與所述相位調(diào)制器相互作用以得到經(jīng)修改的光場； 其中，所述光與所述相位調(diào)制器的相互作用使光重定向，否則該光會將所述經(jīng)修改的光場的較低亮度的區(qū)域照射成所述經(jīng)修改的光場的較高亮度的區(qū)域。118.根據(jù)權(quán)利要求117所述的方法，其中，所述相位調(diào)制器包括一維相位調(diào)制器。119.根據(jù)權(quán)利要求117所述的方法，其中，所述相位調(diào)制器包括二維相位調(diào)制器。120.—種用于產(chǎn)生目標(biāo)光場的裝置，所述目標(biāo)光場包括指定空間分布的亮度，所述裝置包括: 相位調(diào)制器； 控制電路，所述控制電路被配置成控制所述相位調(diào)制器以提供具有基于所述目標(biāo)光場的配置的二維自由形式透鏡； 光源，所述光源被布置成用入射光照射所述相位調(diào)制器； 其中，所述自由形式透鏡被配置成使得所述入射光與所述相位調(diào)制器的相互作用使光重定向，否則該光會將所述經(jīng)修改的光場的較低亮度的區(qū)域照射成所述經(jīng)修改的光場的較高亮度的區(qū)域。121.—種用于產(chǎn)生彩色光場的方法，所述方法包括: 分析圖像數(shù)據(jù)以針對多個顏色通道中的每個顏色通道確定在所述顏色通道中光的積分量； 針對每個顏色通道，通過下述操作中的一個或更多個來控制發(fā)出對應(yīng)顏色的光的光源以發(fā)出基于所述光的積分量的量的光:調(diào)制所述光源的強(qiáng)度；以及改變所述光源打開的時間的比例； 針對每個顏色通道，使所述光與動態(tài)可變相位調(diào)制器相互作用以根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)來空間上分布由所述對應(yīng)光源發(fā)出的光；以及 將來自所述多個顏色通道的光進(jìn)行組合以得到所述彩色光場。122.—種包括如本文描述的任何新穎的和創(chuàng)造性的步驟、動作、步驟和/或動作的組合、步驟和/或動作的子組合的方法。123.—種包括如本文描述的任何新穎的和創(chuàng)造性的特征、特征的組合或特征的子組合的裝置。
【文檔編號】H04N5/351GK105993166SQ201480064480
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年10月20日
【發(fā)明人】格溫·丹貝格, 安德斯·巴萊斯塔特
【申請人】Mtt創(chuàng)新公司