CN110945411B - 相位调制器、照明系统以及投影仪 - Google Patents

相位调制器、照明系统以及投影仪 Download PDF

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Abstract

根据本公开的相位调制设备包括相位分布计算单元，当光学相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一图像时，相位分布计算单元允许在多个帧中的至少两个相邻帧或多个子帧的至少两个相邻子帧上再现同一再现图像，同时产生改变光学相位调制元件中的相位分布的目标相位分布数据。

Description

相位调制器、照明系统以及投影仪
技术领域
本公开涉及一种对光的相位进行调制的相位调制器。本公开还涉及使用光相位调制元件生成照明光的一种照明系统以及基于照明光投影图像的投影仪。
背景技术
已知一种通过调制光的相位获得期望再现图像的光相位调制元件。例如，光相位调制元件包括空间光调制器(SLM)，如液晶面板。这种光相位调制元件的一个应用例是通过使用照明系统中的光相位调制元件生成根据图像进行相位调制的再现图像并且将再现图像用作光强度调制元件的照明光进行图像显示的技术。此外，光相位调制元件用于全息照相技术等。光相位调制元件还用于诸如光开关、光学计算机等技术。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未经审查的专利申请公开(已公开的PCT申请的日语翻译)第2009-524845号
专利文献2：日本未经审查的专利申请公开(已公开的PCT申请的日语翻译)第2011-507022号。
专利文献3：日本未经审查专利申请公开第2014-206710号
发明内容
在光相位调制元件中的多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下，容易发生像素烧损(burning of pixels)。此外，尤其在将激光源用作光相位调制元件的光源的情况下，再现图像中容易出现斑点。
期望提供一种相位调制器、照明系统、及投影仪，其能够减少光相位调制元件中的像素烧坏的发生以及由于光相位调制元件而引起的斑点的发生。
一种根据本公开的实施方式的相位调制器，包括：相位分布运算单元，相位分布运算单元在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧或者多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现同一再现图像并且改变光相位调制元件中的相位分布。
一种根据本公开的实施方式照明系统，包括：光源；光相位调制元件，调制来自光源的光的相位；以及相位分布运算单元，其在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧中或者多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现同一再现图像并且改变光相位调制元件中的相位分布。
一种根据本公开的实施方式的投影仪，包括：照明系统和光强度调制元件，光强度调制元件通过调制来自照明系统的照明光的强度生成投影图像，其中照明系统包括：光源；光相位调制元件，调制来自光源的光的相位；以及相位分布运算单元，其在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧中或者多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现同一再现图像并且改变光相位调制元件中的相位分布。
根据本公开的实施方式的相位调制器、照明系统、及投影仪使得能够在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧中或者多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现同一再现图像并且改变光相位调制元件中的相位分布。
根据本公开的实施方式的相位调制器、照明系统、或投影仪，由于在通过光相位调制元件再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许再现同一再现图像并且还改变光相位调制元件中的相位分布，这可以减少光相位调制元件中像素烧损的发生以及由于光相位调制元件引起的斑点的发生。
应注意，本文中描述的效果并不一定是限制性的，并且可以有本文中所阐述的任一种效果。
附图说明
[图1]图1是应用于根据本公开的第一实施方式的相位调制器的光相位调制元件的实施例的示意性平面图。
[图2]图2是光相位调制元件中的像素位置与相位调制量之间的示例性关系的说明图。
[图3]图3是光相位调制元件的示例性配置的截面图。
[图4]图4是示出了根据第一实施方式的相位调制器的示例性电路配置的框图。
[图5]图5是示出了目标再现图像与根据比较例的相位调制器中关于每个帧或每个子帧的目标相位分布之间的示例性关系的说明图。
[图6]图6是示出了目标再现图像与根据第一实施方式的相位调制器中关于每个帧或每个子帧的目标相位分布之间的示例性关系的说明图。
[图7]图7是示出了根据比较例的相位调制器中的光相位调制元件中关于每个帧或每个子帧的施加电压的实施例的说明图。
[图8]图8是示出了根据第一实施方式的相位调制器中的光相位调制元件中关于每个帧或每个子帧的施加电压的实施例的说明图。
[图9]图9是示出了图8中示出的光相位调制元件中关于每个帧或每个子帧的施加电压与相位之间的示例性关系的说明图。
[图10]图10是示出了光相位调制元件中的施加电压与老化后的元件的DC分量之间的示例性关系的说明图。
[图11]图11是光相位调制元件中的施加电压与相位调制量之间的示例性关系的说明图。
[图12]图12是示出了用于切换根据第一实施方式的相位调制器中的每个像素的相位分布的时间间隔的第一实施例的说明图。
[图13]图13是示出了用于切换根据第一实施方式的相位调制器中的每个像素的相位分布的时间间隔的第二实施例的说明图。
[图14]图14是示出了在根据第一实施方式的相位调制器中进行极性反转驱动的情况下的相位分布的切换操作的实施例的说明图。
[图15]图15是示出了在相位分布的切换单元是根据第一实施方式的相位调制器中的所有像素束的情况下的目标相位分布的实施例的说明图。
[图16]图16是示出了在相位分布的切换单元是根据第一实施方式的相位调制器中的一些对象像素的情况下的目标相位分布的实施例的说明图。
[图17]图17是示出了通过根据第二实施方式的相位调制器生成目标相位分布数据的技术的第一实施例的说明图。
[图18]图18是示出了通过根据第二实施方式的相位调制器生成目标相位分布数据的技术的第二实施例的说明图。
[图19]图19是示出了光相位调制元件应用于投影仪的第一应用例的配置图。
[图20]图20是示出了光相位调制元件应用于投影仪的第二应用例的配置图。
[图21]图21是示出了光相位调制元件应用于各种光学元件的应用例的说明图。
[图22]图22是闪耀衍射光栅(blazed diffraction grating)的实施例的截面图。
[图23]图23是示出了光相位调制元件应用于闪耀衍射光栅的应用例的说明图。
[图24]图24是示出了光相位调制元件应用于光开关的应用例的说明图。
[图25]图25是示出了光相位调制元件应用于光学计算机的应用例的说明图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细描述了本公开的实施方式。应注意，按以下顺序进行描述。
1.第一实施方式(图1至图16)
1.1相位调制器的概述
1.2相位调制器的问题、用于解决该问题的配置、以及操作
1.3效果
2.第二实施方式(图17至图18)
2.1配置与操作
2.2效果
3.第三实施方式(光相位调制元件的应用例)(图19至图25)
3.1投影仪的应用例
3.2各种光学元件的应用例
3.3光开关的应用例
3.4光学计算机的应用例
4.其他实施方式
<1.第一实施方式>
[1.1相位调制器的概述]
图1示意性地示出了应用于根据本公开的第一实施方式的相位调制器的光相位调制元件1的实施例。图2示出了光相位调制元件1的像素位置与相位调制量之间的示例性关系。图3示出了光相位调制元件1的示例性截面配置。
光相位调制元件1具有以矩阵的形式布置的多个像素10。在光相位调制元件1中，可以通过对于每个像素10调制来自光源的光的相位而将像素10用作衍射光栅。例如，如图2所示，可以配置闪耀衍射光栅。在图2中，水平轴表示像素位置并且垂直轴表示相位调制量。例如，相位的调制量为例如在0-2π的范围内。
例如，光相位调制元件1包括相位调制液晶面板。例如，光相位调制元件1包括如图3所示的彼此相对布置的第一玻璃基板2和第二玻璃基板3。包含液晶分子14的液晶层13通过未示出的密封构件密封在第一玻璃基板2与第二玻璃基板3之间。
第一玻璃基板2设置有对电极(共用电极)4。第二玻璃基板3设置有多个像素电极11。图3仅示出了两个相邻像素电极作为多个像素电极11的实施例。
对电极4施加有为多个像素电极11所共有的共用电压(例如，0[V])。多个像素电极11根据输入信号施加有施加电压(例如，V1[V])。光相位调制元件1中的每个像素10的相位调制量根据施加电压而改变。
光相位调制元件1可以是反射型相位调制液晶面板或透射型相位调制液晶面板。在反射型相位调制液晶面板的情况下，对电极4包括透射光的透明电极，并且像素电极11包括反射光的反射电极。在透射型相位调制液晶面板的情况下，对电极4和像素电极11两者均包括透射光的透明电极。
例如，这种光相位调制元件1用作照明系统的一部分，照明系统为投影仪中的光强度调制元件生成照明光。此外，光相位调制元件1还在全息照相技术等中使用。而且，光相位调制元件1还在诸如光开关和光学计算机的技术中使用。
图4示出了根据第一实施方式的相位调制器的示例性电路配置。
相位调制器包括对来自光源50的光的相位进行调制的光相位调制元件1、相位分布运算电路51、以及相位调制元件驱动电路52。
相位分布运算电路51是基于输入信号生成目标相位分布数据(调相信号)的相位分布运算单元。目标相位分布数据是具有使得可以通过光相位调制元件1再现目标(aimed)再现图像60(目标(target)再现图像)的相位分布的数据。
在此，例如，在光相位调制元件1用作投影仪中的照明系统的一部分的情况下，输入信号例如为图像信号。在这种情况下，再现图像60是照射照明对象5的照明图像。例如，照明对象5为光强度调制元件，诸如，投影仪中的强度调制液晶面板。在这种情况下，目标相位分布数据是具有这种相位分布模式的数据，相位分布模式使得可以形成具有与投影仪待显示的图像相对应的亮度分布的照明图像。
衍射元件驱动电路52基于由相位分布运算电路51生成的目标相位分布数据生成施加电压(驱动电压)，并且驱动光相位调制元件1以将每个像素10带到目标相位分布中。
光相位调制元件1基于由衍射元件驱动电路52给出的施加电压调制来自光源50的光的相位。
[1.2相位调制器的问题、用于解决该问题的配置、以及操作]
图5是示出了目标再现图像与根据比较例的相位调制器中关于每个帧或每个子帧的目标相位分布之间的示例性关系的说明图。图7示出了根据比较例的相位调制器中的光相位调制元件1中关于每个帧或每个子帧的施加电压的实施例。
在图5的比较例中，当尝试在光相位调制元件1中的多个帧或多个子帧上再现同一再现图像时，类似地，光相位调制元件1中的目标相位分布包括在多个帧或多个子帧的相同的相位分布。在这种情况下，如图7所示，在多个帧或多个子帧中，相同的施加电压施加至光相位调制元件1中的每个像素10。这就使得每个像素10都容易发生烧损的情况。
应注意，例如，当将光相位调制元件1用作投影仪中的照明系统的一部分时，在多个帧或子帧连续使用相同的目标再现图像的示例性模式可对应于通过基于60-Hz的图像信号将单个帧重复两次而以120Hz显示图像的情况。可替换地，示例性模式可以对应于同一静止图像仅保持在多个帧上显示的情况。
图6示出了目标再现图像与根据第一实施方式的相位调制器中关于每个帧或每个子帧的目标相位分布之间的示例性关系的说明图。图8示出了根据第一实施方式的相位调制器中的光相位调制元件1的关于每个帧或每个子帧的施加电压的实施例。
与图5中的比较实施例相比，根据本实施方式，如图6所示，当尝试在光相位调制元件1中的多个帧或多个子帧上再现同一再现图像时，在适当的情况下光相位调制元件1中的目标相位分布切换至不同的相位分布。例如，在适当的情况下，相位分布相对于每个帧或每个子帧切换。在这种情况下，如图8所示，例如，光相位调制元件1中的像素10的每个帧或每个子帧施加有不同的施加电压。这就使得与图7中的比较例相比可以降低每个像素10烧损的发生。
应注意，存在很多允许再现同一再现图像的相位分布模式(施加电压的模式)。因此，即使在切换相位分布(切换施加电压)时，可以通过使用合适的相位分布模式(施加电压模式)利用光相位调制元件1再现同一再现图像。
在本实施方式中，在相位分布运算电路51在光相位调元件1中的多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧中或者多个子帧的至少两个相邻子帧中再现同一图像并且改变光相位调制元件1中的相位分布。
相位分布运算电路51生成改变多个像素10中的至少一些像素10的相位分布的目标相位分布数据。
相位分布运算电路51生成改变多个像素10中至少一些像素10的施加电压的目标相位分布数据。
相位分布运算电路51生成在多个帧或多个子帧的周期期间对每个像素10的施加电压进行平均的目标相位分布数据。
在下文中，描述了允许再现同一再现图像时改变施加电压的目标相位分布数据的具体实施例。
图9示出了如图8所示的光相位调制元件1中关于每个帧或每个子帧的施加电压与相位之间的示例性关系。在图9中，水平轴表示相位(rad)并且垂直轴表示电压(V)。
图9采取0V-5V的施加电压范围相当于0-2π的相位范围的示例性情况。在这种情况下，如图9所示，例如，在施加电压的范围为2V-4V的情况下的相位差，在施加电压的范围为3V-0V的情况下的相位差以及在施加电压的范围为4V-1V的情况下的相位差基本相同。以这种方式，可以在保持相位差相同的同时改变施加电压。相位分布运算电路51生成如上所述在保持相位差相同的同时改变施加电压的目标相位分布数据。
图10示出了光相位调制元件1中的施加电压(水平轴)与老化后(时间逝去操作)的元件中的DC(直流)分量(垂直轴)之间的示例性关系。图10示出了在未切换相位分布的情况下驱动光相位调制元件1两个小时之后的特征。图11示出了施加电压(V)(垂直轴)与光相位调制元件1中的相位调制量Φ(π)(垂直轴)之间的示例性关系。在图11中，实线表示老化前的特征曲线，并且虚线表示老化后的特征曲线。
如图10所示，由于施加至像素10的电压增加，光相位调制元件1中的DC分量变得更大(发生烧损)。如图11所示，这就使施加电压和相位调制量的特征曲线之间产生偏差。这就使得难以获取目标相位调制量并且降低了目标再现图像的图像质量。由此，预期如果可以将像素10的施加电压保持为低，则可以减少烧损。
图12示出了用于切换根据第一实施方式的相位调制器中的每个像素10的相位分布的时间间隔的第一实施例。在图12中，水平轴表示时间t并且垂直轴表示任何像素10的施加电压的绝对值(V)。应注意，图12采取了如图9中0V-5V的施加电压的范围相当于0-2π的相位范围的示例性情况。
作为一个实施例，图12示出了相位分布未切换的情况和相位分布以T、2T和3T的时间间隔切换的情况。应注意，T相当于一个帧或一个子帧的切换时间。此外，图12表示在每种情况下施加电压的时间平均值。图12以每次切换相位分布施加电压改变1V(偏移1V)的情况为例。
如图12所示，相位分布的切换降低了施加电压的时间平均值。此外，由于切换相位分布的时间间隔变短，施加电压的时间平均值变小，从而减少烧损。因此，期望尽可能快地切换相位分布。
图13示出了根据第一实施方式的用于切换相位调制器中的每个像素10的相位分布的时间间隔的第二实施例。在图13中，水平轴表示时间t并且垂直轴表示任何像素10的施加电压的绝对值(V)。应注意，图13采取了如图9中0V-5V的施加电压的范围相当于0-2π的相位范围的示例性情况。
作为一个实施例，图13示出了相位分布未切换的情况和相位分布以T、2T和3T的时间间隔切换的情况。应注意，T相当于一个帧或一个子帧的切换时间。此外，图13表示在每种情况下施加电压的时间平均值。
图13采取施加电压的偏移量根据用于切换相位分布的时间间隔而改变的示例性情况。如图13所示，期望不论施加电压的偏移量如何，施加电压的时间平均值均衡。
图14示出了根据第一实施方式的在相位调制器中进行极性反转驱动的情况下的相位分布的示例性切换操作。在图14中，水平轴表示时间t并且垂直轴表示任何像素10的施加电压(V)。应注意，图14采取了0V-5V的施加电压的范围(作为绝对值)相当于0-2π的相位范围的示例性情况。
每个像素10可施加有对其极性进行周期性反转的施加电压。在这种情况下，相位分布运算电路51可以生成目标相位分布数据，其中在多个帧或多个子帧的周期期间针对每个极性对每个像素10的施加电压进行平均。
图14采取施加电压的极性相对于每个时间间隔T反转的示例性情况作为一个实施例。作为一个实施例，图14示出了相位分布未切换的情况和相位分布切换的情况。应注意，T相当于一个帧或一个子帧的切换时间。此外，图14表示在每种情况下施加电压的时间平均值。
如图14所示，期望对相位分布进行切换以使施加电压的极性为正的情况与施加电压的极性为负的情况之间的施加电压的时间平均值的绝对值均衡。
图15示出了在相位分布的切换单元是根据第一实施方式的相位调制器中的所有像素束的情况下的目标相位分布的实施例。
如图15所示，相位分布运算电路51可以生成改变多个像素10中的所有像素10的相位分布的目标相位分布数据。
图16示出了在相位分布的切换单元是根据第一实施方式的相位调制器中的一些对象像素的情况下的目标相位分布的实施例。
相位分布运算电路51可以对如图16所示的每个帧或每个子帧改变多个像素10中的一些对象像素的相位分布。相位分布运算电路51可以生成改变对象像素的目标相位分布数据以在多个帧或多个子帧的周期期间对每个像素10的施加电压进行平均。
在这种情况下，如图16所示，相位分布运算电路51可以生成目标相位分布数据，其中对于多个帧的第一帧或多个子帧的第一子帧，多个像素10中的所有像素的相位分布在多个帧的最后一帧中或者在多个子帧的最后一个子帧中改变。在这种情况下，如图15所示，与相位分布的切换单元是所有像素束的情况相比，仅在一些对象像素中对相位分布进行切换。因此，在光相位调制元件1是相位调制液晶面板的情况下，例如，液晶的响应速度几乎不受影响，从而减少切换时的噪声。
应注意，用于切换相位分布的一些对象像素的单元可以是一个像素的单元或一个块的单元(一组多个像素10)。此外，待在相位分布中切换的一些对象像素的面内位置可以是随机的。
[1.3效果]
如上所述，根据本实施方式，生成这种目标相位分布数据，其允许再现同一再现图像并且在通过光相位调制元件1再现同一再现图像的情况下改变光相位调制元件1中的相位分布。因此，可以减少光相位调制元件1中像素10的烧损。
根据本实施方式，通过改变相位分布使得施加电压不固定并且因此没有像素10会在高压的情况下继续应用，从而减少烧损。这就使得能够在长期使用的情况下改进再现图像并且使再现图像的质量稳定。
应注意，本文中描述的效果仅是示例性而非限制性的，并且可以有其他效果。上述情况也适用于下文的其他实施方式的效果。
<2.第二实施方式>
接着，描述根据本公开的第二实施方式的相位调制器。应注意，在下文中，与根据上述第一实施方式的相位调制器的部件相似的部件用相同的参考标号表示，并且在适当的情况下省略对其的描述。
[2.1配置与操作]
在上述第一实施方式中，主要目的是减少光相位调制元件1中的像素10的烧损，施加电压改变同时使得可以再现同一再现图像。可替换地，例如，目标相位分布数据的相位分布可以改变以减少使用激光光源的情况下再现图像中的斑点的发生。
(第一实施例)
图17示出了通过根据第二实施方式的相位调制器生成目标相位分布数据的技术的第一实施例。应注意，尽管本文中以通过Gerchberg-Saxton方法(GS方法)生成目标相位分布数据为例进行描述，但相位分布的计算方法可以不是GS方法。相位分布的计算方法的实施例包括从菲涅耳区或夫琅和费区的衍射近似表达式中导出相位分布的方法和导出相位分布作为自由曲面透镜代替衍射的方法。GS方法是从夫琅和费区的衍射近似表达式导出相位分布的方法，但是本公开中的相位分布的计算方法不限于此。
如图17所示，相位分布运算电路51可以通过作为预定相位分布计算方法的GS方法生成目标相位分布数据。相位分布运算电路51可以改变目标相位分布数据中的相位分布以通过随时间改变GS方法中的初始相位来减少斑点的发生。
相位分布运算电路51通过提供随机初始相位作为初始条件对具有待再现的强度分布的目标再现图像进行傅里叶逆变换(步骤S101)。在由此获得的相位和振幅中，相位分布运算电路51可以用待用作目标相位分布的均一相位(步骤S102)代替该相位。在此，由于假设光相位调制元件1使用平行光进行再现，因此用均一相位进行替换。
接下来，相位分布运算电路51通过对在步骤S102中获得的相位和振幅进行傅里叶变换进行再现计算(步骤S103)。这就使得能够计算再现图像。
接下来，在步骤S103中获得的相位和振幅中，相位分布运算电路51用目标再现图像的振幅代替该振幅(步骤S104)。
接下来，相位分布运算电路51对在步骤S104中获得的相位和振幅进行逆傅里叶变换(步骤S105)，并且此后在步骤S102至S105中进行重复计算的重复运算(迭代)。可以进行重复运算直到获得用作目标再现图像的质量足够高的再现图像。
当尝试在光相位调制元件1中的多个帧或多个子帧上再现相同的目标再现图像时，相位分布运算电路51可以通过随时间改变GS方法中的上述操作中的至少随机初始相位对于每个帧或每个子帧改变目标相位分布数据中的相位分布(步骤S201)。
此外，在类似的情况中，相位分布运算电路51可以通过随时间改变至少GS方法中的上述操作中的重复运算的次数而改变目标相位分布数据中的相位分布(步骤S202)。
(第二实施例)
图18示出了通过根据第二实施方式的相位调制器生成目标相位分布数据的技术的第二实施例。在第二实施例中，相位分布运算电路51以表的形式生成目标相位分布数据。
相位调制器可包括存储多个部分相位分布的数据的存储单元71，多个部分相位分布中的每一个使得能够再现同一再现图像。如图18所示，存储单元71可以存储多个部分相位分布的数据作为相位分布数据表。
相位分布运算电路51可以通过结合存储在存储单元71中的部分相位分布的数据生成目标相位分布数据。相位分布运算电路51可以通过随时间任意地改变部分相位分布的数据的组合而部分地改变目标相位分布数据中的相位分布。
此外，如图18所示，相位分布运算电路51可以通过将目标再现图像划分为多个分割区域并且对每个分割区域组合部分相位分布的数据而生成目标相位分布数据。在这种情况下，假设分割区域的数量为N并且保持在相位分布数据表中的部分相位分布的数据的数量为M，例如，MN个相位分布组合是可以的。即使当部分相位分布的数据是数量M小时，增加分割区域的数量(例如，数千个)使得总体上能够生成大致随机的相位分布。
[2.2效果]
根据本实施方式，可以减少由于光相位调制元件1引起的斑点的发生。此外，特别是在以表的形式生成目标相位分布数据时，可以减少目标相位分布的计算时间和计算成本。
其他配置、操作、以及效果可以基本上与根据上述第一实施方式的相位调制器的配置、操作、以及效果相同。
<3.第三实施方式>
接下来，将描述本公开的第三实施方式。应注意，在下文中，与根据上述第一实施方式或第二实施方式的相位调制器的部件相似的部件用相同的参考标号表示，并且在适当的情况下省略对其的描述。
在本实施方式中，描述了光相位调制元件1的应用例。
[投影仪的应用例]
根据本实施方式的投影仪包括照明系统和通过调制来自照明系统的照明光的强度生成投影图像的光强度调制元件。照明系统包括光源和调制来自光源的光的相位的相位调制器。相位调制器包括根据上述第一实施方式或第二实施方式的相位调制器，其包括光相位调制元件1。通过光相位调制元件1生成的再现图像用作强度分布与待通过投影仪显示的图像相对应的照明图像。该照明图像用作光强度调制元件的照明光。
图19示出了光相位调制元件1应用于投影仪100的第一应用例。
第一应用例是在光相位调制元件1是反射型光相位调制元件111的情况下的示例性配置。
投影仪100包括光源设备110、照明光学系统120、图像形成单元130、及投影光学系统140。反射型光相位调制元件111布置在光源设备110与照明光学系统120之间。
图像形成单元130具有反射型偏振板31A、31B和31C、反射型液晶面板32A、32B和32C、以及分色棱镜33。反射型液晶面板32A、32B和32C是光强度调制元件。
光源设备110发出包含红光、绿光以及蓝光的光。例如，光源设备110包括发出包含红光、绿光以及蓝光的白光的一个或多个激光光源。可替换地，光源设备110可包括每种颜色的一个或多个激光光源，并且每种颜色的一个或多个激光光源可以发出红色(R)光、绿色(G)光、或蓝色(B)光。
反射型光相位调制元件111通过调制来自光源设备110的光的相位来生成期望的照明图像(照明光)。通过反射型光相位调制元件111生成的照明光经由照明光学系统120照射反射型液晶面板32A、32B和32C。
照明光学系统120具有分色镜24A和24B、反射镜25A和25B、透镜26A和26B、分色镜27、以及偏振板28A、28B、及28C。
分色镜24A和24B选择性地反射预定波长区域中的光并且选择性地透射其他波长区域中的光。例如，分色镜24A主要在反射镜25A的方向上反射红光和绿光。此外，分色镜24B主要在反射镜25B的方向上反射蓝光。反射镜25A将来自分色镜24A的光(主要是红光和绿光)朝向透镜26A反射。反射镜25B将来自分色镜24B的光(主要是蓝光)朝向透镜26B反射。透镜26A透射来自反射镜25A的待聚光到分色镜27上的光(主要是红光和绿光)。透镜26B透射来自反射镜25B的待聚光到分色镜27上的光(主要是蓝光)。分色镜27选择性地反射绿光并且也选择性地透射其他波长区域中的光。例如，分色镜27透射红光分量并且朝向偏振板28C反射绿光分量。偏振板28A、28B、及28C包括具有预设方向上的偏振轴的偏振器。例如，偏振板28A、28B、及28C透射p偏振光并且反射s偏振光。
反射型偏振板31A、31B和31C分别透射具有与来自偏振板28A、28B、及28C的偏振光相同的偏振轴的透射光(例如，p偏振光)和具有不同的偏振轴的反射光(s偏振光)。具体地，反射型偏振板31A沿反射型液晶面板32A的方向透射来自偏振板28A的p偏振红光。反射型偏振板31B沿反射型液晶面板32B的方向透射来自偏振板28B的p偏振蓝光。反射型偏振板31C沿反射型液晶面板32C的方向透射来自偏振板28C的p偏振绿光。此外，反射型偏振板31A反射来自反射型液晶面板32A的s偏振红光以进入分色棱镜33。反射型偏振板31B反射来自反射型液晶面板32B的s偏振蓝光以进入分色棱镜33。反射型偏振板31C反射来自反射型液晶面板32C的s偏振绿光以进入分色棱镜33。
反射型液晶面板32A、32B和32C分别调制红光、蓝光、或绿光的强度。
分色棱镜33将已通过反射型液晶面板32A、32B和32C调制其强度的红光、蓝光、或绿光进行组合，并且朝向投影光学系统140发出组合光作为投影图像。
投影光学系统140具有透镜L41、L42、L43、及L44。投影光学系统140放大由图像形成单元130生成的投影图像并且将其投影至诸如屏幕的投影表面(未示出)。应注意，投影光学系统140中透镜的数量和透镜配置不限于所示出的配置，并且可以采用其他数量的透镜和透镜配置。可选地，另一光学元件(诸如，反射镜)和滤光器可以包括在光学路径中。
图20示出了光相位调制元件1应用于投影仪100的第二应用例。
第二应用例是在光相位调制元件1是透射型光相位调制元件112的情况下的示例性配置。
透射型光相位调制元件112布置在光源设备110与照明光学系统120之间。
其他配置与图19中示出的第一应用例的配置相似。
[3.2各种光学元件的应用例]
图21示出了光相位调制元件1应用于各种光学元件的应用例。
如图21所示，诸如凸透镜、凹透镜、透镜阵列、菲涅尔透镜、及自由曲面透镜的各种透镜已知为各种光学元件。这些透镜允许通过改变透镜材料的厚度改变光学路径长度。在光相位调制元件1中，可以通过改变元件中的折射率分布改变光学路径长度。这使得能够获得相当于各种透镜的光学特性的光学特性。
图22示出闪耀衍射光栅201的实施例。
闪耀衍射光栅201是具有锯齿形截面形状的衍射光栅。当将衍射间距表示为pa，将衍射角表示为θ，并且将入射光的波长表示为λ时，闪耀衍射光栅201支持以下表达式。
sinθ≤λ/2pa
图23示出了光相位调制元件1应用于闪耀衍射光栅201的应用例。
还如图1至图3所示，可以通过对每个像素10调制来自光源的光的相位改变元件中的折射率分布将光相位调制元件1用作衍射光栅。如图25所示，尽管光相位调制元件1的像素间距为p，通过使多个像素10中的折射率分布呈锯齿状，可以获得相当于具有衍射间距pa的闪耀衍射光栅201的光学特性的光学特性。
[3.3光开关的应用例]
图24示出了光相位调制元件1应用于光开关的应用例。
光开关包括光纤210、衍射光栅221、以及多个光纤211、212、及213。光相位调制元件1布置在衍射光栅221与多个光纤211、212、及213之间。可替换地，可以进一步布置光相位调制元件1代替衍射光栅221。
该光开关允许不同载波波长(λ1、λ2、λ3)的信号输入至光纤210并且传输。衍射光栅221分离信号，由此相对于每个波长将通过光纤210传输的每个载波波长的信号输入至光相位调制元件1的不同位置。输入至光相位调制元件1的每个载波波长的信号分配至多个光纤211、212、及213中的期望光纤。
[光学计算机的应用例]
图25示出了光相位调制元件1应用于光学计算机的应用例。
该光学计算机包括均包括光相位调制元件1的多个光相位调制元件1A、1B、1C和1D。
通过光相位调制元件1A调制入射光的相位生成基于信号A的信号A(x，y)。接下来，通过使用光相位调制元件1B对信号A(x，y)进行傅里叶变换获得信号FT(A)。接下来，通过光相位调制元件1C获得具有信号B的卷积信号FT(A)*FT(B)。接下来，通过光相位调制元件1D对信号FT(A)*FT(B)进行逆傅里叶变换获得信号A(x，y)和信号B(x，y)的乘积A(x，y)×B(x，y)。
<4.其他实施方式>
根据本公开的技术不限于以上描述的每个实施方式的描述，而是可以进行各种修改。
例如，本技术可具有以下配置。
(1)
一种相位调制器，包括：
相位分布运算单元，其在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧或者多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现同一再现图像并且改变光相位调制元件中的相位分布。
(2)
根据(1)所述的相位调制器，其中，
光相位调制元件具有相位调制量根据施加电压而改变的多个像素，并且
相位分布运算单元生成改变多个像素中的至少一些像素的相位分布的目标相位分布数据。
(3)
根据(2)所述的相位调制器，其中，
相位分布运算单元生成改变对于多个像素中的至少一些像素的施加电压的目标相位分布数据。
(4)
根据(3)所述的相位调制器，其中，
相位分布运算单元生成目标相位分布数据，目标相位分布数据对多个帧或多个子帧的周期期间的像素中的每个像素的施加电压进行平均。
(5)
根据(4)所述的相位调制器，其中，
像素中的每个像素施加有周期性地反转其极性的施加电压，并且
相位分布运算单元生成目标相位分布数据，对于每个极性，目标相位分布数据对多个帧或多个子帧的周期期间的像素中的每个像素的施加电压进行平均。
(6)
根据(4)所述的相位调制器，其中，
相位分布运算单元生成目标相位分布数据，对于帧中的每个帧或者对于子帧中的每个子帧，目标相位分布数据改变多个像素中的一些对象像素中的相位分布，并且改变对象像素以对多个帧或多个子帧的周期期间的像素中的每个像素的施加电压进行平均。
(7)
根据(6)所述的相位调制器，其中，
相位分布运算单元生成目标相位分布数据，其中，对于多个帧的第一帧或多个子帧的第一子帧，多个像素的所有像素的相位分布在多个帧的最后一帧或多个子帧的最后一个子帧中改变。
(8)
根据(2)至(5)中任一项所述的相位调制器，其中，
相位分布运算单元生成改变多个像素的所有像素的相位分布的目标相位分布数据。
(9)
根据(1)所述的相位调制器，其中，
相位分布运算单元通过预定相位分布计算方法生成目标相位分布数据并且通过随时间改变预定相位分布计算方法中的初始相位来改变目标相位分布数据中的相位分布。
(10)
根据(1)所述的相位调制器，其中，
相位分布运算单元通过预定相位分布计算方法生成目标相位分布数据并且通过随时间改变预定相位分布计算方法中的重复运算的次数来改变目标相位分布数据中的相位分布。
(11)
根据(1)或(2)所述的相位调制器，还包括：
存储单元，存储多个部分相位分布的数据，多个部分相位分布均被配置为再现同一再现图像，其中，
相位分布运算单元通过组合部分相位分布的数据生成目标相位分布数据并且还通过改变部分相位分布的数据的组合来部分改变目标相位分布数据中的相位分布。
(12)
一种照明系统，包括：
光源；
光相位调制元件，调制来自光源的光的相位；以及
相位分布运算单元，其在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧中或者多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现同一再现图像并且改变光相位调制元件中的相位分布。
(13)
一种投影仪，包括：
照明系统；以及
光强度调制元件，通过调制来自照明系统的照明光的强度生成投影图像，其中，
照明系统包括：
光源，
光相位调制元件，调制来自光源的光的相位；以及
相位分布运算单元，其在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下生成目标相位分布数据，目标相位分布数据允许在多个帧中的至少两个相邻帧中或者多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现同一再现图像并且改变光相位调制元件中的相位分布。
本申请要求于2017年8月7日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2017-152624的效益，其全部内容通过引用结合于本文中。
本领域技术人员应当理解，只要在所附权利要求或其等同物的范围内，可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更。

Claims (12)

1.一种相位调制器，包括：
相位分布运算单元，被配置为：
在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下，基于预定相位分布计算方法生成目标相位分布数据，其中，所述目标相位分布数据允许在所述多个帧中的至少两个相邻帧或者所述多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现所述同一再现图像并且改变所述光相位调制元件中的多个像素当中的至少一些对象像素的相位分布；并且
基于所述预定相位分布计算方法中的初始相位随时间的变化，改变所述目标相位分布数据中的相位分布；
其中，所述预定相位分布计算方法包括从菲涅耳区或夫琅和费区的衍射近似表达式导出相位分布的方法和导出相位分布作为自由曲面透镜代替衍射的方法。
2.根据权利要求1所述的相位调制器，其中，
多个像素的相位调制量根据施加电压而改变。
3.根据权利要求2所述的相位调制器，其中，
所述相位分布运算单元生成改变对于所述多个像素中的所述至少一些对象像素的施加电压的所述目标相位分布数据。
4.根据权利要求3所述的相位调制器，其中，
所述相位分布运算单元生成所述目标相位分布数据，所述目标相位分布数据对所述多个帧或所述多个子帧的周期期间的所述多个像素中的每个像素的施加电压进行平均。
5.根据权利要求4所述的相位调制器，其中，
所述多个像素中的每个像素施加有周期性反转其极性的所述施加电压，并且
所述相位分布运算单元生成所述目标相位分布数据，对于每个极性，所述目标相位分布数据对所述多个帧或所述多个子帧的周期期间的所述多个像素中的每个像素的施加电压进行平均。
6.根据权利要求4所述的相位调制器，其中，
所述相位分布运算单元生成所述目标相位分布数据，对于所述帧中的每个帧或者对于所述子帧中的每个子帧，所述目标相位分布数据改变所述多个像素中的一些对象像素中的相位分布，并且改变所述对象像素以对所述多个帧或所述多个子帧的周期期间的所述多个像素中的每个像素的施加电压进行平均。
7.根据权利要求6所述的相位调制器，其中，
所述相位分布运算单元生成所述目标相位分布数据，其中，对于所述多个帧的第一帧或所述多个子帧的第一子帧，所述多个像素的所有像素的相位分布在所述多个帧的最后一帧或所述多个子帧的最后一个子帧中改变。
8.根据权利要求2所述的相位调制器，其中，
所述相位分布运算单元生成改变所述多个像素的所有像素的相位分布的所述目标相位分布数据。
9.根据权利要求1所述的相位调制器，其中，
所述相位分布运算单元通过预定相位分布计算方法生成所述目标相位分布数据并且通过随时间改变所述预定相位分布计算方法中的重复运算的次数来改变所述目标相位分布数据中的相位分布。
10.根据权利要求1所述的相位调制器，还包括：
存储单元，所述存储单元存储多个部分相位分布的数据，所述多个部分相位分布均被配置为再现所述同一再现图像，其中，
所述相位分布运算单元通过组合所述部分相位分布的数据生成所述目标相位分布数据并且还通过改变所述部分相位分布的数据的组合来部分改变所述目标相位分布数据中的相位分布。
11.一种照明系统，包括：
光源；
光相位调制元件，所述光相位调制元件调制来自所述光源的光的相位；以及
相位分布运算单元，被配置为：
在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下，基于预定相位分布计算方法生成目标相位分布数据，其中，所述目标相位分布数据允许在所述多个帧中的至少两个相邻帧中或者所述多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现所述同一再现图像并且改变所述光相位调制元件中的多个像素当中的至少一些对象像素的相位分布；并且
基于所述预定相位分布计算方法中的初始相位随时间的变化，改变所述目标相位分布数据中的相位分布；
其中，所述预定相位分布计算方法包括从菲涅耳区或夫琅和费区的衍射近似表达式导出相位分布的方法和导出相位分布作为自由曲面透镜代替衍射的方法。
12.一种投影仪，包括：
照明系统；以及
光强度调制元件，所述光强度调制元件通过调制来自所述照明系统的照明光的强度生成投影图像，其中，
所述照明系统包括：
光源，
光相位调制元件，所述光相位调制元件调制来自所述光源的光的相位；以及
相位分布运算单元，被配置为：
在通过光相位调制元件在多个帧或多个子帧上再现同一再现图像的情况下，基于预定相位分布计算方法生成目标相位分布数据，其中，所述目标相位分布数据允许在所述多个帧中的至少两个相邻帧中或者所述多个子帧中的至少两个相邻子帧中再现所述同一再现图像并且改变所述光相位调制元件中的多个像素当中的至少一些对象像素的相位分布；并且
基于所述预定相位分布计算方法中的初始相位随时间的变化，改变所述目标相位分布数据中的相位分布；
其中，所述预定相位分布计算方法包括从菲涅耳区或夫琅和费区的衍射近似表达式导出相位分布的方法和导出相位分布作为自由曲面透镜代替衍射的方法。
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