ES2906306T3 - Sistema y método para visualizar imágenes de alta calidad en un sistema de proyección de modulación dual - Google Patents

Abstract

Un método (1300) para mostrar imágenes mediante un sistema (100) de proyección, comprendiendo, dicho sistema de proyección, un modulador (104) de luz espacial de dirección del haz y un modulador (106) de amplitud, estando configurado el modulador de luz espacial de dirección del haz para dirigir selectivamente la luz para formar una imagen intermedia en dicho modulador de amplitud, estando configurado el modulador de amplitud para modular espacialmente la imagen intermedia para formar una imagen final, comprendiendo dicho método: recibir datos de imagen indicativos de al menos una imagen a visualizar; generar valores de accionamiento de dirección del haz para accionar un modulador de luz espacial (SLM) de dirección del haz, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen, en el que generar los valores de accionamiento de dirección del haz incluye: generar (1302) una descripción matemática de un campo de onda correspondiente a una imagen intermedia deseada en dicho modulador de amplitud, (a) propagar de manera inversa (1304) dicho campo de ondas multiplicando la descripción matemática por un operador de propagación para generar una descripción matemática del campo de ondas en el modulador de luz espacial (SLM) de dirección del haz, (b) filtrado de paso bajo (1306) de la descripción matemática del campo de ondas en el modulador de luz espacial de dirección del haz para retirar la información de amplitud, (c) propagar de manera directa (1308) la descripción matemática filtrada de paso bajo del campo de ondas multiplicando por un operador de propagación para generar una descripción matemática de un nuevo campo de ondas en el modulador de amplitud, siendo, dicha nueva descripción matemática del nuevo campo de ondas, una aproximación de la imagen intermedia deseada, si no se cumple una condición de terminación predeterminada (1310), iterar los pasos (a) a (c), usando cada vez el nuevo campo de onda generado en el paso (c) de la última iteración en el paso (a) de la siguiente iteración, y si dicha condición de terminación predeterminada se cumple (1310), generar (1312) los valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a la descripción matemática filtrada de paso bajo del campo de ondas proporcionada en la última iteración del paso (b); generar una simulación de un campo de luz producido por dicho modulador de luz espacial de dirección del haz e incidente en el modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dichos valores de accionamiento de dirección del haz; generar valores de accionamiento de modulación para accionar dicho modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dicha simulación de dicho campo de luz; accionar dicho modulador de luz espacial de dirección del haz con dichos valores de accionamiento de dirección del haz; y accionar dicho modulador de amplitud con dichos valores de accionamiento de modulación.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para visualizar imágenes de alta calidad en un sistema de proyección de modulación dual Antecedentes de la invención

Campo de la invención

Esta invención se refiere en general a sistemas de proyección de modulación dual, y, más particularmente, a sistemas y métodos para generar imágenes de alto contraste, alto brillo y alta calidad.

Descripción de la técnica anterior

Algunos sistemas de proyección de modulación dual utilizan un premodulador y un modulador primario, que son ambos moduladores de luz espacial (SLM), para proyectar imágenes de alta calidad (es decir, imágenes con alto contraste, alto rango dinámico, etc.). El premodulador proporciona una imagen intermedia, que puede ser una aproximación tosca de la imagen deseada definida por los datos de imagen correspondientes, al modulador primario. Típicamente, el premodulador es, o bien un dispositivo de dirección del haz, que redirige la luz en diversos ángulos con respecto a la superficie del premodulador, o bien un dispositivo de modulación de amplitud, que altera espacialmente la distribución de amplitud de un campo de luz incidente. Algunos SLM, tales como los dispositivos de microespejos digitales (DMD), son técnicamente moduladores de dirección del haz, pero se pueden usar para producir modulación de amplitud percibida, y, a menudo, se los denomina “moduladores de amplitud”.

El modulador primario modula espacialmente la imagen intermedia para formar una imagen final, que es una representación más fina de la imagen deseada definida por los datos de imagen. Típicamente, el modulador principal es un modulador de amplitud. Los ejemplos de moduladores de amplitud incluyen, sin limitarse a, dispositivos de cristal líquido sobre silicio (LCOS), DMD, etc. Con el fin de accionar el primer modulador para crear la imagen final con calidad suficiente, la imagen intermedia debe ser conocida con un alto nivel de detalle. De este modo, hay una serie de problemas asociados con el accionamiento del premodulador y el modulador primario para generar una calidad aceptable en la imagen final.

Un problema importante asociado con el accionamiento del premodulador es determinar los valores de accionamiento del premodulador necesarios para generar la imagen intermedia con suficiente calidad mientras se mantiene la eficiencia computacional. Otro problema es determinar los valores de accionamiento que hacen un uso eficiente del campo de luz incidente en el premodulador. Estos problemas son particularmente difíciles de resolver en sistemas que utilizan un dispositivo de dirección del haz como el premodulador.

Un problema importante asociado con el accionamiento del modulador primario es simular la imagen intermedia con el detalle suficiente para determinar los valores de accionamiento del modulador primario requeridos a la vez que se mantiene la eficiencia computacional.

El documento US 2017/085846 A1 describe un diseño de proyector que combina un modulador de luz espacial que afecta sólo a la fase de la iluminación y un modulador de luz espacial que afecta sólo a su amplitud (intensidad). El modulador de sólo fase curva el frente de onda de la luz y actúa como premodulador para un modulador de amplitud convencional.

Sumario

La invención supera los problemas asociados con la técnica anterior al proporcionar un controlador para controlar un sistema de visualización de modulación y un método correspondiente que produce imágenes de alta calidad y alta eficiencia utilizando un modulador de luz espacial de dirección del haz como premodulador para proporcionar un campo de luz incidente en un modulador primario. La invención facilita una eficiencia y un control mejorados en la generación del campo de luz por el premodulador de dirección del haz y una mayor precisión en el modelado del campo de luz generado.

La invención, tal como se define en las reivindicaciones independientes adjuntas, se refiere a un método y a un controlador, y corresponde a la realización de la figura 3 en combinación con la generación de valores de dirección del haz de la figura 13. Cualquiera de los métodos divulgados en este documento puede ser implantado con un medio no transitorio legible electrónicamente que tenga un código incorporado que, cuando se ejecute, haga que un dispositivo electrónico realice el método divulgado. Los ejemplos de medios legibles electrónicamente no transitorios incluyen, entre otros, memoria volátil, memoria no volátil, equipo físico informático (hardware), equipo lógico informático (software), soporte lógico inalterable (firmware) y/o cualquier combinación de los ejemplos anteriores. Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describe con referencia a los siguientes dibujos, en los que los números de referencia similares indican elementos substancialmente similares. La invención definida por las reivindicaciones independientes corresponde a la realización de la figura 3 en combinación con la generación de valores de dirección del haz de la figura 13. Otros ejemplos de generación de valores de dirección del haz divulgados en el presente documento no forman parte de la invención.

La figura 1 es un diagrama de bloques de un ejemplo de sistema de proyección de modulación dual;

la figura 2 es un diagrama de bloques del controlador de la figura 1;

la figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de flujo de datos entre los módulos del controlador de la figura 1 para accionar los demás componentes del sistema de proyección de la figura 1;

la figura 4 es un diagrama de flujo que resume un ejemplo del método para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen;

la figura 5 es una representación geométrica de las superficies del modulador de dirección del haz y del modulador de amplitud de la figura 1;

la figura 6A es una vista frontal del modulador de amplitud de la figura 1 con un ejemplo de imagen de campo de luz deseada proyectada sobre él;

la figura 6B es un diagrama de una función de fase de ejemplo que genera la imagen deseada de la figura 6A cuando se utiliza para generar valores de accionamiento de dirección del haz para accionar el modulador de dirección del haz de la figura 1;

la figura 7A es un gráfico que ilustra la eficiencia del modulador de dirección del haz de la figura 1 con respecto al número de medida;

la figura 7B es un gráfico que ilustra la eficiencia de difracción de primer orden para un modulador de fase de dirección del haz que tiene un número infinito de medidas (por ejemplo, de píxeles) por elemento de dirección; la figura 7C es un gráfico que ilustra la eficiencia de difracción de primer orden para un modulador de fase de dirección del haz que tiene 3 medidas (por ejemplo, 3 píxeles) por elemento de dirección;

la figura 8A es un diagrama que ilustra una condición de linde de ejemplo que incluye el área completa del modulador de amplitud de la figura 1;

la figura 8B es un diagrama que ilustra otra condición de linde de ejemplo, que es una silueta geométrica simple de al menos parte de una imagen deseada;

la figura 8C es un diagrama que ilustra otro ejemplo más de condición de linde, que es una silueta de un conjunto de objetos en una imagen deseada;

la figura 8D es un diagrama que ilustra otra condición de linde de ejemplo, que es una aproximación lineal por piezas de al menos parte de una imagen deseada;

la figura 8E es un diagrama que ilustra otra condición de linde más, que abarca el modulador de amplitud de la figura 1, así como un elemento óptico adicional;

la figura 9 es un diagrama de flujo que resume otro método de ejemplo para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen;

la figura 10A es un diagrama que ilustra una imagen de ejemplo para ser visualizada por el sistema de proyección de la figura 1;

la figura 10B es un diagrama que ilustra un resultado del método de la figura 9 utilizando datos de imagen correspondientes a la imagen de la figura 10 A;

la figura 11 es un diagrama de flujo que resume otro método más de ejemplo para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen;

la figura 12A es una vista en corte transversal de porciones del modulador de dirección del haz y del modulador de amplitud de la figura 1, que muestra un elemento de fase de ejemplo;

la figura 12B muestra una porción del modulador de amplitud de la figura 1, con la imagen deseada enfocada en él; la figura 12C es una vista en corte transversal de porciones del modulador de dirección del haz y del modulador de amplitud de la figura 1, que muestra una pluralidad de elementos de fase de ejemplo;

la figura 12D es una vista desde arriba de una porción del modulador de dirección del haz de la figura 1, que muestra los elementos de fase de la figura 12C dispuestos en él;

la figura 12E es una vista desde arriba de la porción de la figura 12D del modulador de dirección del haz de la figura 1, que muestra un mayor número de elementos de fase de la figura 12C;

la figura 12F es una vista desde arriba de la porción de la figura 12E del modulador de dirección del haz de la figura 1, que muestra un número aún mayor de elementos de fase de la figura 12C;

la figura 12G es una vista desde arriba de la porción de la figura 12F del modulador de dirección del haz de la figura 1, que muestra un elemento de fase compuesto resultante de un número infinito de los elementos de fase de la figura 12C;

la figura 12H es una vista desde arriba del modulador de amplitud de la figura 1 con una imagen formada por el elemento de fase compuesto de la figura 12 G formada en él;

la figura 12I es un diagrama de flujo que resume un método de ejemplo para realizar el quinto paso (generar valores de accionamiento de dirección del haz) del método de la figura 11;

la figura 13 es un diagrama de flujo que resume el método para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen según la invención, tal como se define en las reivindicaciones independientes; la figura 14A es un diagrama que ilustra la propagación inversa de un campo de ondas entre el modulador de amplitud y el modulador de dirección del haz de la figura 1;

la figura 14B es un diagrama que ilustra la propagación directa de un campo de ondas entre el modulador de dirección del haz y el modulador de amplitud de la figura 1;

la figura 15 es un diagrama de flujo que resume otro método de ejemplo para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen;

la figura 16 es un diagrama que ilustra un ejemplo del método de la figura 15;

la figura 17 es un diagrama de flujo que resume un método de ejemplo para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz;

la figura 18 es una vista en corte transversal del modulador de dirección del haz y del modulador de amplitud de la figura 1, que ilustra un ejemplo del método de la figura 17;

la figura 19A es un diagrama que ilustra una variación (la traslación de un elemento de línea) del método de la figura 17;

la figura 19B es un diagrama que ilustra otra variación (la traslación de un elemento de área) del método de la figura 17;

la figura 20 es un diagrama de flujo que resume otro método de ejemplo para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz;

la figura 21 es una vista en corte transversal del modulador de dirección del haz y del modulador de amplitud de la figura 1, que ilustra un concepto del método de la figura 20;

la figura 22 es un diagrama de flujo que resume otro método más de ejemplo para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz;

la figura 23A es un diagrama de bloques de un sistema de proyección de ejemplo que utiliza un sensor óptico para implantar el método de la figura 22;

la figura 23B es un diagrama de bloques de otro ejemplo de sistema de proyección que utiliza un sensor óptico para implantar el método de la figura 22;

la figura 23C es un diagrama de bloques de otro ejemplo más de sistema de proyección que utiliza un sensor óptico para implantar el método de la figura 22;

la figura 24 es un diagrama de flujo que resume un método de ejemplo para mejorar la latencia mientras se genera una simulación de campo de luz a partir de valores de accionamiento de dirección del haz y datos de imagen;

la figura 25 es un diagrama de flujo que resume otro método más de ejemplo para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz; y

la figura 26 es una vista en corte transversal de una porción del sistema de proyección de la figura 1 durante un procedimiento de calibración.

Descripción detallada

La presente invención supera los problemas asociados con la técnica anterior al proporcionar múltiples sistemas y métodos para visualizar imágenes de alto contraste, alto brillo y alta calidad. En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos (por ejemplo, tipos de moduladores particulares, número de moduladores, etc.) con el fin de proporcionar una comprensión completa de la invención. El experto en la técnica reconocerá, sin embargo, que la invención puede practicarse independientemente de estos detalles específicos. En otros casos, se han omitido detalles de prácticas de proyección de imágenes bien conocidas (por ejemplo, de transferencia de datos, esquemas de control, optimización de rutinas, etc.) y sus componentes, para no eclipsar innecesariamente la presente invención.

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema 100 de proyección de doble modulación, de acuerdo con la presente invención. El sistema 100 de proyección genera imágenes de alta calidad a partir de datos de imagen, e incluye una fuente 102 de luz, un modulador 104 de dirección del haz, un modulador 106 de amplitud, una óptica 108 de proyección y un controlador 110. La fuente 102 de luz proyecta un campo de luz plano sobre el modulador 104 de dirección del haz. El modulador 104 de dirección del haz dirige selectivamente porciones de la luz comprendiendo el campo de luz plano a través de un conjunto de ópticas intermedias 112, y hacia el modulador 106 de amplitud, para formar una imagen intermedia en la superficie del modulador 106 de amplitud. El modulador 106 de amplitud modula espacialmente la imagen intermedia para formar una imagen final, que es dirigida hacia la óptica 108 de proyección. La óptica 108 de proyección es un conjunto de lentes, prismas y/o espejos, que dirigen la imagen final hacia una pantalla u otra superficie para ser vista por un público.

El controlador 110 controla y coordina los otros elementos del sistema 100 de proyección, en base a los datos de imagen recibidos de una fuente de datos (no mostrada). El controlador 110 proporciona instrucciones de control a la fuente 102 de luz, al modulador 104 de dirección del haz y al modulador 106 de amplitud, en base, al menos en parte, a los datos de imagen recibidos. Las instrucciones de control incluyen, al menos, valores de accionamiento de dirección del haz y valores de accionamiento de amplitud enviados al modulador 104 de dirección del haz y al modulador 106 de amplitud, respectivamente. Estas instrucciones de control accionan el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud con el fin de generar las imágenes intermedia y final. El controlador 110 utiliza numerosos métodos y algoritmos, que se analizan en detalle a continuación, para generar los valores de accionamiento en base a los datos de imagen recibidos, y también para generar los valores de accionamiento de amplitud en base a simulaciones de campo de luz.

En la realización de ejemplo, la fuente 102 de luz es una matriz de láseres sintonizables. En realizaciones alternativas, la fuente 102 de luz puede ser reemplazada por una matriz de diodos emisores de luz (LED), una bombilla regulable y elementos ópticos apropiados, o por cualquier otra fuente de luz adecuada, incluidas las ya conocidas o las que aún no se han inventado. Además, el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud pueden ser moduladores de luz espacial (SLM) de cristal líquido de fase y amplitud, respectivamente. En realizaciones alternativas, el modulador 104 de dirección del haz puede ser un dispositivo de espejo de inclinación de punta, un dispositivo de sistemas microelectromecánicos (MEMS) o cualquier otro dispositivo de dirección de luz, incluidos los ya conocidos o los que aún no se han inventado. El modulador 106 de amplitud puede ser un dispositivo de microespejo digital (DMD) o cualquier otro dispositivo de modulación de amplitud adecuado, incluidos los ya conocidos o los que aún no se han inventado.

En la descripción de las realizaciones de ejemplo, el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud se nombran de este modo para distinguir entre un SLM, que se usa para dirigir la luz para crear un campo de luz en un modulador primario (un modulador 104 de dirección del haz) y un SLM que modula porciones seleccionadas del campo de luz para crear una imagen para su visualización (un modulador 106 de amplitud). Sin embargo, estos términos no se usan en un sentido limitante. Por ejemplo, los DMD dirigen la luz selectivamente a lo largo o afuera de una trayectoria óptica, pero se utilizan como moduladores de amplitud multiplexando en el tiempo la cantidad de luz dirigida hacia dentro o hacia fuera de una imagen para crear un nivel de gris intermedio (modulación de amplitud percibida). Como otro ejemplo, los SLM de cristal líquido alteran selectivamente la fase de la luz y, por lo tanto, pueden considerarse un dispositivo de modulación de fase o de dirección del haz. Sin embargo, la propiedad birrefringente de los cristales líquidos también da como resultado la rotación de la polarización, por lo que los SLM de cristal líquido se pueden usar con polarizadores internos o externos para proporcionar modulación de amplitud. Por lo tanto, se entiende que los dispositivos denominados "moduladores de amplitud", "moduladores de fase" o "moduladores de dirección del haz" incluyen cualquier dispositivo capaz de realizar la función indicada, solo o en combinación con otros dispositivos.

La figura 2 muestra el controlador 110, que incluye una interfaz 202 de transferencia de datos, almacenamiento 204 de datos no volátil, una o más unidades 206 de procesamiento y una memoria 208 de trabajo. Los componentes del controlador 110 se comunican entre sí mediante un bus 210 de sistema, que está interconectado entre los componentes 110 del controlador. La interfaz 202 de transferencia de datos controla la transferencia de datos, incluidos los datos de imagen y las instrucciones de control, hacia y desde el controlador 110. El almacenamiento 204 de datos no volátil almacena datos y códigos y retiene los datos y códigos incluso cuando el controlador 110 está apagado. La/s unidad/es 206 de procesamiento imparte/n funcionalidad al controlador 110 mediante la ejecución de código almacenado en el almacenamiento 204 de datos no volátiles y/o la memoria 208 de trabajo.

La memoria 208 de trabajo proporciona almacenamiento temporal para datos y código. Parte de la funcionalidad del controlador 110 está representada por módulos de datos y código que se muestran dentro de la memoria 208 de trabajo. Los módulos de datos y código se transfieren (en su totalidad o en parte) hacia y desde la memoria 208 de trabajo desde el almacenamiento 204 de datos no volátiles, según lo determinado por la ejecución de código por la/s unidad/es 206 de procesamiento. Los módulos de datos y código pueden implantarse, por ejemplo, con cualquier combinación de hardware, software y/o firmware.

La memoria 208 de trabajo incluye un módulo 212 de control/coordinación, una memoria intermedia 214 de datos, un módulo 216 de comunicación, ajustes 218 de configuración del sistema, un módulo 220 de calibración, una/s base/s 222 de datos óptica/s, un módulo 224 de dirección del haz, un módulo 226 de simulación de campo de luz, y un módulo 228 de amplitud. El módulo 212 de control/coordinación es un programa de nivel superior que proporciona coordinación y control general de los otros aspectos funcionales del controlador 110. La memoria intermedia 214 de datos almacena temporalmente datos para ser utilizados por los otros componentes 110 de controlador. El módulo 216 de comunicación facilita la comunicación con dispositivos externos con el fin de enviar/recibir instrucciones de código/control. Los ajustes 218 de configuración del sistema incluyen ajustes definidos por el usuario que controlan parcialmente el funcionamiento de otros componentes del controlador 110. El módulo 220 de calibración incluye datos y algoritmos utilizados para calibrar el sistema 100 de proyección. La/s base/s 222 de datos óptico/s es una base de datos que incluye definiciones y/o características de una variedad de elementos ópticos que pueden ser referenciados por los otros componentes del controlador 110. El módulo 224 de dirección del haz incluye datos y algoritmos para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen. El módulo 226 de simulación de campo de luz incluye datos y algoritmos para generar una simulación del campo de luz generado por el modulador 104 de dirección del haz a partir de los valores de accionamiento de dirección del haz. El módulo 228 de amplitud incluye datos y algoritmos para generar valores de accionamiento de amplitud a partir de datos de imagen y de la simulación de campo de luz.

La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de flujo de datos entre los módulos del controlador de la figura 1 para accionar los demás componentes del sistema de proyección de la figura 1. Los módulos mostrados en la figura 3 se almacenan y ejecutan dentro de la memoria 208 de trabajo (figura 2) del controlador 110. Primero, el módulo 224 de dirección del haz recibe datos de imagen de la interfaz 202 de transferencia de datos. Usando uno (o más) de entre variados métodos y/o algoritmos, que se describirán más adelante con mayor detalle, el módulo 224 de dirección del haz genera un conjunto de valores de accionamiento para accionar el modulador 104 de dirección del haz (figura 1) a partir de los datos de imagen. Los valores de accionamiento de dirección del haz se proporcionan para accionar el modulador 104 de dirección del haz y también para el módulo 226 de simulación de campo de luz, que se utilizará para generar una simulación del campo de luz resultante en el modulador 106 de amplitud. Usando uno (o más) de entre variados métodos y/o algoritmos, el módulo 226 de simulación de campo de luz genera una simulación de campo de luz, que se utilizará para generar un conjunto de valores de accionamiento para accionar el modulador 106 de amplitud. La simulación de campo de luz se proporciona directamente al módulo 228 de amplitud. El modulador de amplitud usa uno (o más) métodos y/o algoritmos para generar un conjunto de valores de accionamiento para accionar el modulador 106 de amplitud a partir de la simulación de campo de luz y de los datos de imagen, y proporciona los valores de accionamiento de amplitud al modulador 106 de amplitud.

En la realización de ejemplo, el módulo 224 de dirección del haz, el módulo 226 de simulación de campo de luz y el módulo 228 de amplitud utilizan cada uno datos relevantes de los ajustes 218 de configuración de sistema, del módulo 220 de calibración y de la/s base/s de datos óptica/s 222. Por ejemplo, el módulo 224 de dirección del haz y el módulo 226 de simulación de campo de luz utilizan datos de la/s base/s 222 de datos óptica/s que describen las características de la óptica 112, con el fin de predecir cómo la óptica 112 afectará el campo de luz generado por el modulador 104 de dirección del haz. El módulo 224 de dirección del haz y el módulo 226 de simulación de campo de luz puede también utilizar datos de los ajustes 218 de configuración del sistema o del módulo 220 de calibración para determinar dónde se coloca la óptica 112, cómo afecta la óptica 112 al campo de luz durante las calibraciones, etc. El módulo 224 de dirección del haz, el módulo 226 de simulación de campo de luz y el módulo 228 de amplitud pueden generar juntos valores de accionamiento de dirección del haz y de amplitud que se requieren para producir imágenes de alta calidad mediante el sistema 100 de proyección, utilizando datos de los ajustes 218 de configuración del sistema, el módulo 220 de calibración y la/s base/s 222 de datos óptica/s.

La figura 4 es un diagrama de flujo que resume un método 400 de ejemplo para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen. En la realización de ejemplo, el módulo 224 de accionamiento de dirección del haz realiza el método 400, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 400 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 402, se define una ecuación diferencial que describe el mapeo de luz entre el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud. La ecuación diferencial describe matemáticamente la propagación de la luz entre el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud en términos de puntos en las superficies del modulador 104 de dirección del haz y del modulador 106 de amplitud. Luego, en un segundo paso 404, el campo de luz deseado el modulador 106 de amplitud (derivado de los datos de imagen) se usa como parámetro en la ecuación diferencial. A continuación, en un tercer paso 406, se utiliza una de varias condiciones de linde para resolver la ecuación diferencial. La solución a la ecuación diferencial describe el campo de luz en la superficie del modulador 104 de dirección del haz que se requiere para generar el campo de luz deseado en la superficie del modulador 106 de amplitud. La condición de linde apropiada se elige en base a las características del campo de luz deseado. Finalmente, en un cuarto paso 408, se generan valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a la solución de la ecuación diferencial. El método 400 se analizará con más detalle con referencia a las figuras 5-8E a continuación.

La figura 5 es un diagrama geométrico que representa una porción del sistema 100 de proyección, que incluye el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud. El modulador 104 de dirección del haz es coplanario con un primer sistema 502 de coordenadas, que incluye un eje x 504 y un eje y 506. El sistema 502 de coordenadas define cada posición sobre la superficie del modulador 104 de dirección del haz como un punto 508, etiquetado como P(x,y). En la realización de ejemplo, cada punto P que tiene coordenadas x e y con valores enteros se refiere a la posición de un píxel del modulador 104 de dirección del haz. Un vector 510, etiquetado con I, representa un haz de luz que formará una porción del campo de luz incidente en el modulador 104 de dirección del haz. El campo de luz incidente es alterado por el modulador 104 de dirección del haz, de acuerdo con una función 512 de fase, etiquetada con §(x,y), que representa matemáticamente los valores de accionamiento de dirección del haz utilizados para accionar el modulador 104 de dirección del haz. La función 512 de fase describe los cambios inducidos en el campo de luz incidente por el modulador 104 de dirección del haz, lo que da como resultado que se proyecte una imagen en el modulador 106 de amplitud.

El modulador 106 de amplitud es coplanario con un segundo sistema 514 de coordenadas, que incluye un eje t^x 516 y un eje t^y 518. El segundo sistema 514 de coordenadas es paralelo al primer sistema 502 de coordenadas y está separado del primer sistema 502 de coordenadas por una distancia t^z, que es igual a la distancia entre el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud en la realización de ejemplo. El sistema 514 de coordenadas define cada posición sobre la superficie del modulador 106 de amplitud como un punto 520, etiquetado con T(t^x ,t^y). En la realización de ejemplo, cada punto T que tiene coordenadas t^x y t^y con valores enteros se refiere a la posición de un píxel del modulador 106 de amplitud. Un vector 522, etiquetado con N^, representa un haz de luz que viaja entre el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud. La dirección de este haz de luz está determinada por la función 512 de fase 0(x, y)^, y el haz de luz forma una porción de una imagen deseada 524, etiquetada con E(t^x,t^y) ^. Por lo tanto, la imagen deseada 524 está determinada por la función 512 de fase.

La figura 6A es una vista frontal del modulador 106 de amplitud con la imagen deseada 602 de ejemplo proyectada sobre él. La imagen deseada 602 es simplemente un círculo brillante posicionado en el centro del modulador 106 de amplitud. La imagen deseada 602 se puede expresar matemáticamente, como se muestra en la figura 5, por la función E⁽t^x,t^y), que emite un valor de intensidad en base a una entrada de posición en t^x y t^y.

La figura 6B es una representación de una función 604 de fase de ejemplo, que genera la imagen deseada 602 cuando se usa para generar valores de accionamiento de dirección del haz para accionar el modulador 104 de dirección del haz. La función 604 de fase se puede expresar matemáticamente, como se muestra en la figura 5, por la función 0(x,y), que origina un ángulo (interpretado como un cambio de fase) en base a una entrada de posición en x e y. Un eje 0606 muestra la magnitud del cambio de fase, que se imparte al haz de luz que incide sobre esa región, en radianes.

Generalmente, la función de fase 512 (específicamente, la función de fase 604) actúa para dirigir la luz hacia el modulador 106 de amplitud, para formar la imagen deseada 524 (imagen deseada 602). El ángulo de la luz dirigida en la dirección x y en la dirección y es proporcional a la derivada parcial de 0(x,y) con respecto a x e y, respectivamente. Por lo tanto, la función 512 de fase mapea efectivamente el punto 508 en el modulador 104 de dirección del haz en el punto correspondiente 520 en el modulador 106 de amplitud, de acuerdo con la siguiente función de mapeo:

donde M(x, y) asigna el par ordenado (x,y) al par ordenado correspondiente (t^x,t^y) para una función de fase dada 0(x,y).

Para determinar la función 512 de fase y, por lo tanto, la función de mapeo, se define una ecuación diferencial. La ecuación diferencial describe matemáticamente aspectos del sistema, incluidas las posiciones relativas del modulador 104 de dirección del haz y del modulador 106 de amplitud, del campo de luz incidente en el modulador 104 de dirección del haz, de la imagen deseada 524, etc. Además, la ecuación diferencial se define de tal manera que incorpora el problema/solución de deflexión mínima, con el fin de maximizar la eficiencia en el sistema 100 de proyección.

La figura 7A es un gráfico que ilustra la eficacia del modulador 104 de dirección del haz con respecto al número de medidas, que es inversamente proporcional al ángulo de dirección. La figura 7B es un gráfico que ilustra la eficiencia de difracción de primer orden para un modulador de fase de dirección del haz que tiene un número infinito de medidas (por ejemplo, píxeles) por elemento de dirección. La figura 7C es un gráfico que ilustra la eficiencia de difracción de primer orden para un modulador de fase de dirección del haz que tiene 3 medidas (por ejemplo, píxeles) por elemento de dirección.

En la realización de ejemplo, el modulador 104 de dirección del haz es un modulador de luz espacial (SLM) de cristal líquido, que actúa como una rejilla discreta para dirigir la luz incidente creando una interferencia constructiva y destructiva en el campo de luz resultante. El número de medidas en la rejilla, mostrado por el eje 702, determina el ángulo al que se dirige la luz incidente. Un mayor número de medidas corresponde a un ángulo de dirección más recto, para un SLM con una medida de píxel fijo determinado. El gráfico muestra que la eficiencia aumenta con el número de medidas, lo que significa que la eficiencia disminuye con el aumento de los ángulos de dirección. Por lo tanto, el problema de desviación mínima es adecuado para determinar la función 512 de fase mientras se maximiza la eficiencia óptica del sistema 100 de proyección.

La ecuación diferencial utilizada para determinar la función 512 de fase es, en la realización de ejemplo, una ecuación diferencial de segundo orden de tipo Monge-Ampére, como se muestra a continuación:

Donde I(x,y) describe el campo de luz incidente en el modulador 104 de dirección del haz y E(t^x (x,y), t^y (x,y)) describe la imagen deseada 524 expresada en las coordenadas x e y del primer sistema 502 de coordenadas. Esta ecuación se puede aproximar usando una variedad de métodos computacionales, incluyendo, pero sin limitarse a, el método de Newton. Cuando se resuelve, la ecuación diferencial proporciona una función de fase que mapea el campo de luz incidente en la imagen deseada utilizando los ángulos de dirección más pequeños posibles. Sin embargo, en realizaciones alternativas se pueden usar diferentes ecuaciones. Por ejemplo, los dispositivos MEMS y/o los dispositivos de espejo inclinado pueden proporcionar un dispositivo de dirección del haz que no sufre pérdida de eficiencia en ángulos de dirección oblicuos. En los sistemas que utilizan estos dispositivos, el problema de la deflexión mínima no es necesario para optimizar la eficiencia y, por lo tanto, se puede usar una ecuación diferencial diferente.

La resolución de la ecuación anterior genera una pluralidad de soluciones diferentes. Sólo un subconjunto específico de entre la pluralidad de soluciones es adecuado para generar una función de fase que se pueda utilizar de manera efectiva para generar valores de accionamiento de dirección del haz. Para determinar qué soluciones se incluyen en el subconjunto específico y qué solución del subconjunto es la mejor, sólo se utilizan soluciones que tienen condiciones de linde particulares. Las condiciones de linde describen un linde preferido de la imagen deseada 524, en base al contenido de la imagen deseada 524, y establecen el valor de E(t^x (x,y), t^y (x,y)) en cero fuera del linde, guiando efectivamente la luz dirigida desde el modulador 104 de dirección del haz al linde y al área dentro del linde únicamente.

Las figuras 8A-8E ilustran diversos tipos de condiciones de linde que se pueden usar para resolver la ecuación diferencial. La figura 8A ilustra una condición 802 de linde, etiquetada con dE, que abarca toda el área del modulador 106 de amplitud. En este ejemplo, la condición 802 de linde está esencialmente coextendida con el área activa del modulador 106 de amplitud. La condición 802 de linde es útil para resolver la ecuación diferencial cuando la imagen deseada 524 abarca la mayor parte del área del modulador 106 de amplitud y/o cuando la imagen deseada 524 es en su mayor parte homogénea en intensidad. La figura 8B ilustra una condición 804 de linde, que es una silueta geométrica simple de al menos parte de una imagen deseada 806. La figura 8C ilustra una condición de linde 808, que es una silueta de un conjunto 810 de objetos en la imagen deseada. La figura 8D ilustra una condición 812 de linde, que es una aproximación lineal por partes de al menos parte de una imagen deseada 814. La figura 8E ilustra una condición 816 de linde, que abarca el modulador 106 de amplitud así como un elemento óptico adicional 818. La condición 816 de linde es útil para resolver la ecuación diferencial cuando es deseable desviar parte de la luz del modulador 106 de amplitud. En la realización de ejemplo, el elemento óptico 818 es un volcado de luz, que se utiliza para capturar el exceso de luz que es desviado del modulador 106 de amplitud.

Cabe señalar que también se aplica una condición di de linde al campo de luz I(x,y). Típicamente, sin embargo, esta condición de linde es simplemente un borde rectangular que rodea al modulador 104 de dirección del haz. En algunas aplicaciones particulares es útil definir un linde di diferente al solucionar la ecuación diferencial, tal como un linde que abarque múltiples dispositivos de dirección de haz, sólo una porción del modulador 104 de dirección del haz, etc. Las condiciones de linde se relacionan de la siguiente manera:

M

di => dE

Donde el linde di se asigna al linde dE mediante la función M(x,y) de mapeo.

La figura 9 es un diagrama de flujo que resume otro método 900 de ejemplo para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen. En la realización de ejemplo, el método 900 es realizado por el módulo 224 de accionamiento de dirección del haz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 900 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 902, las secciones del modulador de dirección del haz se tratan como elementos direccionables. Las secciones pueden ser píxeles individuales, grupos de píxeles, espejos inclinables individuales, etc. Luego, en un segundo paso 904, los puntos de luz correspondientes a los elementos direccionables se asignan a áreas en una versión de baja resolución de una imagen deseada. La imagen deseada se determina a partir de los datos de imagen. A continuación, en un tercer paso 906, la asignación de los puntos de luz se refina en base a una versión de mayor resolución de la imagen deseada. En un cuarto paso 908, los puntos de luz se distribuyen de manera óptima en base a la imagen deseada. La distribución se puede realizar utilizando, por ejemplo, el método de aproximación de Vogel. Finalmente, en un quinto paso 910, se generan valores de accionamiento de dirección del haz, basados, al menos en parte, en la distribución de los puntos de luz. La distribución de los puntos de luz se puede utilizar directamente para generar valores de accionamiento de dirección del haz para un dispositivo de espejo de elementos múltiples. De lo contrario, la distribución de los puntos de luz se puede usar indirectamente para generar una solución suave para generar valores de accionamiento de dirección del haz para un modulador de fase de mayor resolución, tal como un SLM de cristal líquido. El método 900 se analizará con más detalle con referencia a las figuras 10A-10B a continuación.

La figura 10A es un diagrama que ilustra una imagen 1000 de ejemplo para ser visualizada por el sistema 100 de proyección. La imagen 1000 está representada digitalmente por los datos de imagen recibidos por el controlador 110 e incluye varias regiones 1002 de interés (ROI). Las ROI 1002 son regiones de la imagen 1000 que no incluyen brillo cero. En el ejemplo, la imagen 1000 representa varios incendios pequeños, cuyas llamas comprenden las ROI 1002. Con el fin de que el sistema 100 de proyección muestre la imagen 1000 con una calidad aceptable, la luz debe dirigirse a las regiones del modulador 106 de amplitud correspondientes a las ROI 1002, usando los resultados del método 900.

La figura 10B es un diagrama que ilustra un resultado del método 900 para la imagen 1000. La imagen 1000 se muestra con una pluralidad de vectores 1004 superpuestos en la parte superior. Cada uno de los vectores 1004 corresponde a una región del modulador 104 de dirección del haz, que es tratado como un elemento direccionable por el módulo 224 de dirección del haz. En otras palabras, el módulo 224 de dirección del haz asume que toda la luz que incide en cualquiera de las regiones del modulador 104 de dirección del haz que corresponden a los vectores 1004 se puede dirigir en cualquier dirección sin ninguna pérdida de eficiencia. Cada uno de los vectores 1004 incluye un elemento de dirección y un elemento de longitud. El elemento de dirección de los vectores 1004 ilustra a qué dirección debe dirigirse la luz que incide en una región correspondiente del modulador 104 de dirección del haz en relación con el modulador 104 de dirección del haz y/o el modulador 106 de amplitud. Por ejemplo, uno de los vectores 1004 de la esquina superior a mano derecha de la imagen 1000 se dirige hacia la esquina inferior a mano izquierda del modulador 106 de amplitud, donde se ubica la ROI 1002 más brillante. (Para fines ilustrativos, el brillo es proporcional al área dentro de las ROI 1002, en la realización de ejemplo). El elemento de longitud de los vectores 1004 ilustra cuánto desplazamiento horizontal debe sufrir la luz que incide en la región correspondiente del modulador 104 de dirección del haz en relación con el modulador 104 de dirección del haz y/o con el modulador 106 de dirección del haz (por ejemplo, la magnitud del ángulo de dirección). Por ejemplo, el de los vectores 1004 en la esquina superior a mano derecha de la imagen 1000 ilustra un gran desplazamiento horizontal de la luz que incide en la región correspondiente del modulador 104 de dirección del haz, porque la región de las ROI 1002, hacia la que se está dirigiendo la luz, se encuentra a una gran distancia horizontal.

Los vectores 1004 ilustran la asignación de luz realizada por el módulo 224 de dirección del haz de acuerdo con un ejemplo del método 900. En base a datos de imagen correspondientes a una versión de baja resolución de la imagen 1000, el módulo 224 de dirección del haz asigna un punto de luz correspondiente a uno de los vectores 1004 en una ROI 1002, de acuerdo con el paso 904 del método 900. Cada uno de los puntos de luz tiene un brillo correspondiente a la cantidad de luz que incide en la región correspondiente del modulador 104 de dirección del haz. En la realización de ejemplo, todas las regiones del modulador 104 de dirección del haz que corresponden a uno de los vectores 1004 tienen la misma área, y, por lo tanto, cada uno de los puntos de luz tiene el mismo brillo. Por lo tanto, se asignan más puntos de luz a las porciones más brillantes de las ROI 1002. En este punto, en el método 900, ninguno de los puntos de luz corresponde a un vector específico de entre los vectores 1004. En su lugar, el módulo 224 de dirección del haz ha simplemente asignado una cantidad de puntos de luz igual al número de vectores 1004 (y, por lo tanto, al número de regiones correspondientes del modulador 104 de dirección del haz). A continuación, el módulo 224 de dirección del haz refina la asignación de los puntos de luz en base a los datos de imagen correspondientes a una versión de mayor resolución de la imagen 1000, de acuerdo con el paso 906 del método 900, moviendo los puntos de luz distancias cortas hacia las porciones más brillantes de la versión de mayor resolución de la imagen 1000. Las líneas 1006 de contorno muestran brillos relativos de áreas en la imagen 1000, en base a la asignación final de luz. Aquellas líneas 1006 de contorno cerca de los centros de las ROI 1002 son más brillantes que las de las líneas 1006 de contorno más alejadas de los centros de las ROI 1002.

Con el fin de accionar el modulador 104 de dirección del haz de la manera más eficiente posible, el módulo 224 de dirección del haz debe distribuir de manera óptima los puntos de luz entre las regiones del modulador 104 de dirección del haz, de acuerdo con el paso 908 del método 900. Para hacerlo, el módulo 224 de dirección del haz resuelve eficazmente un problema óptimo de transporte definido por la asignación de los puntos de luz. Por ejemplo, el módulo 224 de dirección del haz asigna una penalización de eficiencia a cada uno de los puntos de luz en base al desplazamiento horizontal del punto de luz con respecto a la región correspondiente del modulador 104 de dirección del haz. Luego, el módulo 224 de dirección del haz utiliza, por ejemplo, el método de aproximación de Vogel para determinar cómo distribuir los puntos de luz entre las regiones del modulador 104 de dirección del haz. En otras palabras, el módulo 224 de dirección del haz empareja cada uno de los puntos de luz con una región del modulador 104 de dirección del haz que dirigirá la luz a la región correspondiente en el modulador 106 de amplitud. Usando la aproximación de Vogel, este proceso de hacer coincidir los puntos de luz con las regiones correspondientes del modulador 104 de dirección del haz da como resultado una distribución de máxima eficiencia. El resultado se ilustra mediante la pluralidad de vectores 1004, y es utilizado por el módulo 224 de dirección del haz para generar valores de accionamiento de dirección del haz para el modulador 104 de dirección del haz.

Utilizando un proceso como el paso 910 del método 900, el módulo 224 de dirección del haz puede generar valores de accionamiento de dirección del haz para una amplia gama de dispositivos de dirección del haz. Como ejemplo, el módulo 224 de dirección del haz puede utilizar la distribución representada por los vectores 1004 directamente para generar valores de accionamiento para un dispositivo de espejo de múltiples elementos. En tal ejemplo, una componente x de cada uno de los vectores 1004 corresponde a un ángulo de inclinación de un espejo inclinable correspondiente en la dirección x. Asimismo, una componente y de cada uno de los vectores 1004 corresponde a un ángulo de inclinación de un espejo inclinable correspondiente en la dirección y. Alternativamente, el módulo 224 de dirección del haz puede realizar una función de suavizado en la distribución generada por el paso 908, para generar valores de accionamiento de dirección del haz para un modulador de fase de mayor resolución, tal como un SLM de cristal líquido. La función de suavizado puede ser lineal o no lineal, en base a los ajustes definidos por el usuario almacenados en los ajustes 218 de configuración del sistema.

La figura 11 es un diagrama de flujo que resume otro método 1100 de ejemplo para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen. En la realización de ejemplo, el método 1100 es realizado por el módulo 224 de accionamiento de dirección del haz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 1100 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 1102, las representaciones de fase de diversos elementos ópticos se posicionan en el modulador de dirección del haz, en base a los datos de la imagen. Luego, en un segundo paso 1104, se modifican los parámetros asociados con los diversos elementos ópticos, en base a los datos de imagen. Los parámetros incluyen, pero no se limitan a, características tales como distancia focal, magnificación, ampliación, etc. y pueden reducirse o aumentarse según sea necesario. A continuación, en un tercer paso 1106, se realiza una función de combinación sobre las regiones del modulador de dirección del haz donde se superponen los elementos ópticos. La función de mezcla puede ser lineal o no lineal. Luego, en un cuarto paso 1108, se aplica un accionamiento de fase de línea de base a las áreas del modulador de dirección del haz donde no se colocaron elementos ópticos durante el primer paso 1102. Finalmente, en un quinto paso 1110, se generan valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a la distribución y a los valores de los parámetros de los elementos ópticos en el modulador de dirección del haz. El método 1100 se analizará con más detalle con referencia a las figuras 12A-12H a continuación.

La figura 12A es una vista en corte transversal de porciones del modulador 104 de dirección del haz y del modulador 106 de amplitud, que muestra un elemento 1202 de fase de ejemplo. El elemento 1202 de fase es una representación de fase de una lente convexa, que enfoca un campo 1204 de luz incidente a un punto 1206 en el modulador 106 de amplitud. El elemento 1202 de fase tiene diversos parámetros ajustables, tales como el tamaño y la distancia focal, que determinan el accionamiento de fase exacto utilizado para generar el elemento de fase 1202. Por ejemplo, un elemento de fase de ejemplo tendrá una distancia focal relativamente más corta si los píxeles vecinos accionados por ese elemento de fase tienen diferencias relativamente mayores en la cantidad de retardo de fase que presentan en el campo 1204 de luz incidente. Por el contrario, otro elemento de fase de ejemplo tendrá una distancia focal relativamente más larga si los píxeles vecinos tienen diferencias relativamente menores en la cantidad de retardo de fase que presentan en el campo 1204 de luz incidente. La figura 12B es una vista desde arriba de una parte del modulador 106 de amplitud con el punto 1206 mostrado en él. El punto 1206 es una imagen que resulta de accionar el modulador 104 de dirección del haz con un accionamiento de fase correspondiente al elemento 1202 de fase.

La figura 12C es una vista en corte transversal de porciones del modulador 104 de dirección del haz y del modulador 106 de amplitud, que muestra una pluralidad de elementos 1208 de fase de ejemplo. Cada uno de los elementos 1208 de fase es substancialmente similar al elemento 1202 de fase, y se superpone en el modulador 104 de dirección del haz. Cuando los elementos 1208 de fase se superponen, el modulador 104 de dirección del haz se acciona con un accionamiento de fase que corresponde al de los elementos 1208 de fase que tienen un centro más cercano al punto de superposición. El modulador 104 de dirección del haz también se puede accionar con un accionamiento de fase que corresponda a uno de los elementos 1208 de fase, o a una combinación de elementos 1208 de fase seleccionados por medios lineales o no lineales. Juntos, los elementos 1208 de fase accionan el modulador de dirección del haz para formar una imagen de una línea, en lugar de un punto.

La figura 12D es una vista superior de una porción del modulador 104 de dirección del haz, que muestra los elementos 1208 de fase. Los elementos 1208 de fase están dispuestos en una línea, cada uno con un punto focal 1210. Juntos, los puntos focales 1210 forman más o menos una línea. La figura 12E es una vista superior de la porción del modulador 104 de dirección del haz de la figura 12D, que muestra más elementos 1208 de fase. A medida que se añaden más elementos 1208 de fase al accionamiento de fase del modulador 104 de dirección del haz, la imagen de la línea formada en el modulador 104 de amplitud comienza a rellenarse. La figura 12F es una vista desde arriba de la parte del modulador 104 de dirección del haz de la figura 12E, que muestra incluso más elementos 1208 de fase. Como resultado, la línea formada en el modulador 104 de amplitud se rellena incluso adicionalmente. La figura 12G es una vista desde arriba de la parte del modulador 104 de dirección del haz de la figura 12F, que muestra un elemento 1212 de fase compuesto que resulta de la combinación de un número infinito de elementos 1208 de fase. Una línea 1214 en el medio del elemento 1212 de fase compuesto representa una línea de luz que se produce cuando el modulador 104 de dirección del haz es accionado con un elemento 1212 de fase compuesto. La línea 1214 también corresponde a los centros de cada uno de los infinitos elementos 1208 de fase que comprenden el elemento 1212 de fase compuesto. La figura 12H es una vista desde arriba del modulador 106 de amplitud con una imagen 1216 mostrada en él. La imagen 1216 corresponde a la línea 1214.

La figura 12I es un diagrama de flujo que resume un método de ejemplo para realizar el quinto paso 1110 (generar valores de accionamiento de dirección del haz) del método 1100 de la figura 11. En un primer paso 1222, se evalúan los requisitos de luz para una pluralidad de regiones de una imagen deseada. Dependiendo de la aplicación, la pluralidad de regiones puede incluir una matriz gruesa o una matriz fina, regiones dimensionadas de manera variable o incluso regiones dimensionadas en píxeles. En un ejemplo particular de la presente invención, una función gaussiana (por ejemplo, una función correspondiente a una función genérica de dispersión de puntos) se convoluciona con los datos de la imagen para generar un agregado grueso del brillo requerido en diversas regiones de la imagen deseada. El valor (es decir, la altura) del agregado en un punto dado es una indicación del brillo de ese punto, así como de los puntos circundantes. A continuación, en un segundo paso 1224, se coloca una lente virtual (tal como el elemento 1202 de fase) sobre una primera región de la imagen deseada en base a los requisitos de luz evaluados. Por ejemplo, una representación de fase de una lente convexa se puede colocar sobre un máximo local del agregado del brillo de la imagen deseada, porque el máximo local corresponde a una región relativamente brillante. Luego, en un tercer paso 1226, se determinan los requisitos de luz de las regiones vecinas a la primera región y se modifican los parámetros de la lente virtual en base a los requisitos de luz de las regiones vecinas. Por ejemplo, si la primera región está rodeada de regiones relativamente brillantes, el método aumenta el tamaño de la lente virtual anticipando que al menos parte del área de la lente virtual se utilice para dirigir la luz hacia esas regiones. A continuación, en un cuarto paso 1228, se posiciona una siguiente lente virtual sobre una región siguiente de la imagen deseada en base a los requisitos de luz evaluados. Luego, en un quinto paso 1230, se determinan los requisitos de luz de las regiones que son vecinas de la siguiente región, y se modifican los parámetros de la siguiente lente virtual en base a los requisitos de luz de las regiones vecinas de la siguiente región. A continuación, en un bloque 1232 de decisión, se determina si hay más regiones que requieran una lente virtual. Si hay más regiones que requieran una lente virtual, el método vuelve al paso 1228. Si no hay más regiones que requieran una lente virtual, el método continúa hasta el paso final 1234. En el paso 1234, las lentes virtuales se combinan en base, al menos en parte, a los requerimientos de luz evaluados. Por ejemplo, en una región en la que se superponen dos o más lentes virtuales, la lente que se utilizará en el accionamiento de fase final es la que tiene el punto focal más cercano a la región de superposición.

Además, el método 1220 se puede usar junto con un accionamiento de fase predefinido para aplicaciones particulares. Por ejemplo, cuando se proyectan imágenes relativamente tenues, es importante poder desviar la luz del modulador 106 de amplitud, con el fin de proporcionar niveles de negro aceptables. En estas situaciones, se puede utilizar un accionamiento de fase predefinido que aleja toda la luz del modulador 106 de amplitud. Luego, se ejecuta el método 1220, y cualquier área del modulador 104 [s/c.] de dirección del haz que no esté accionada por una lente virtual continúa dirigiendo la luz de acuerdo con el accionamiento de fase predefinida, lejos, en este ejemplo, del modulador 106 de amplitud.

La figura 13 es un diagrama de flujo que resume el método 1300 para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen de acuerdo con la invención como se define en las reivindicaciones independientes. En la realización de ejemplo, el método 1300 es realizado por el módulo 224 de accionamiento de dirección del haz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 1300 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 1302, se genera una descripción matemática de un campo de onda correspondiente a una imagen deseada (campo de luz) en un modulador de amplitud. El campo de onda incluye una distribución de amplitud que se deriva de la imagen deseada (mediante datos de imagen que describen la imagen deseada) y asumiendo la fase cero (es decir, que todas las ondas de luz que llegan al modulador de amplitud están en fase). A continuación, en un segundo paso 1304, la descripción matemática del campo de ondas en el modulador de amplitud se multiplica por un operador de propagación para generar una descripción matemática del campo de ondas en un modulador de dirección del haz (propagación inversa). Luego, en un tercer paso 1306, se filtra la descripción matemática del campo de ondas en el modulador de dirección del haz. Filtrar la descripción matemática del campo de ondas incluye filtrar la descripción matemática utilizando un filtro de paso bajo y retirar la información de amplitud. El filtrado de paso bajo aumenta/controla la eficiencia de difracción de las soluciones de accionamiento de fase generadas al restringir los ángulos de dirección de las soluciones a ángulos de dirección relativamente pequeños. Los ángulos de dirección pueden limitarse a cualquier ángulo predeterminado deseable. La información de amplitud se elimina porque el SLM de dirección del haz es sólo capaz de hacer la modulación de fase. A continuación, en un cuarto paso 1308, la descripción matemática filtrada del campo de ondas en el modulador de dirección del haz se multiplica por el operador de propagación para generar una descripción matemática del campo de ondas en el modulador de amplitud (propagación directa). Luego, en un bloque de decisión 1310, se decide si terminar el método 1300 o continuar. El método 1300 se termina cuando la descripción matemática del campo de ondas en el modulador de amplitud es suficientemente similar a la imagen deseada. Si no se cumple la condición de terminación, el método 1300 vuelve al paso 1304. Si se cumple la condición de terminación, el método 1300 continúa con un quinto paso 1312, en el que se generan valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a la descripción matemática filtrada del campo de ondas en el modulador de dirección del haz (como se genera en la última iteración del paso 1306). El método 1300 se analizará con más detalle con referencia a las figuras 14A-14B a continuación.

La figura 14A es un diagrama que ilustra la propagación inversa de un campo de onda entre el modulador 106 de amplitud y el modulador 104 de dirección del haz. Una superficie emisora del modulador 104 de dirección del haz es coplanar con un primer sistema 1402 de coordenadas, que incluye un eje x 1404 y un eje y 1406. Una superficie de campo de luz del modulador 106 de amplitud es coplanaria con un segundo sistema 1408 de coordenadas, que está separado del primer sistema 1402 de coordenadas por una distancia d e incluye un eje x' 1410 y un eje y' 1412. El módulo 224 de dirección del haz genera una función r(x', y'), que es una descripción matemática del campo de luz deseado en el modulador 106 de amplitud, como se describe en el paso 1302 del método 1300. La función r(x', y') incluye un distribución de amplitud, que es equivalente a la distribución I(x', y') de intensidad de la imagen deseada en el modulador 106 de amplitud. La función r(x', y') también es de fase cero, en esta realización de ejemplo, porque generar una fase aleatoria reduce considerablemente la eficiencia de un dispositivo de dirección del haz de cristal líquido. Además, el algoritmo es determinista en el sentido de que siempre produce el mismo resultado para una misma imagen de entrada dada. En realizaciones alternativas que utilizan dispositivos de espejos de elementos múltiples, es posible usar una fase aleatoria para generar la función r(x',y'), porque no hay coste de eficiencia asociado con la luz de dirección en ángulos oblicuos.

A continuación, el módulo 224 de dirección del haz retropropaga la función r(x',y) para generar una función H(x,y), que es una descripción matemática del campo de luz deseado en el modulador 104 de dirección del haz, como se describe en el paso 1304 del método 1300. El módulo 224 de dirección del haz genera la función H(x,y):

H ( x , y ) = r 1í ñ r ( . x ' l y' ) } G_d(e,y)}

donde F{f(x)} es la transformada de Fourier de f(x), F—1{f(x)} es la transformada inversa de Fourier de f(x), y G—d(£,Y) es el operador de propagación de Rayleigh-Sommerfeld en términos de frecuencias angulares y a una distancia — d. En general, el operador de propagación de Rayleigh-Sommerfeld genera un campo de ondas en cualquier lugar del espacio que resulta en/desde el campo de ondas de entrada. En la realización de ejemplo, el operador de propagación genera el campo de onda en el modulador 104 de dirección del haz, lo que dará como resultado la imagen deseada en el modulador 106 de amplitud.

Cabe señalar que se pueden usar otros operadores de propagación en base a la aplicación particular del método 1300. El modelo de difracción de Rayleigh-Sommerfeld es útil para aplicaciones que requieren un alto grado de precisión, porque el modelo no hace suposiciones simplificadoras y calcula cada término de la ecuación de difracción. Otros modelos, como el modelo de difracción de Fresnel y el modelo de difracción de Fraunhofer, hacen suposiciones simplificadas para eliminar términos de orden superior que no contribuyen significativamente a la ecuación de difracción en sistemas particulares. Por ejemplo, el modelo de difracción de Fresnel calcula sólo los términos de primer y segundo orden, y es útil para situaciones en las que el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud están relativamente cerca. Por el contrario, el modelo de difracción de Fraunhofer calcula sólo el término de primer orden, y es útil para la situación en la que el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud están relativamente separados.

El módulo 224 de dirección del haz filtra la función H(x,y), como se describe en el paso 1306 del método 1300. Debido a que el modulador 104 de dirección del haz sólo puede modular la fase y no la amplitud, el campo de onda en el modulador 104 de dirección del haz debe tener una amplitud constante. Por lo tanto, el módulo 224 de dirección del haz establece la distribución de amplitud en un valor constante (1 en la realización de ejemplo) para generar la función de fase en el modulador de dirección del haz:

H(x,y ) = explQ

donde i es la unidad imaginaria y Q(Q) es la distribución de fase. La distribución de fase incluye el espectro angular del campo de ondas en el modulador 104 de dirección del haz, que es una distribución de los diversos cambios de fase (expresados en unidades angulares, como radianes) que el modulador 104 de dirección del haz introduce en el campo de ondas.

La figura 14B es un diagrama que ilustra la propagación directa de la función de fase H(x,y) desde el modulador 104 de dirección del haz hasta el modulador 106 de amplitud. Primero, la fase se cuantifica a la profundidad de bit del modulador 104 de dirección del haz para tener en cuenta los errores que se producen por no poder replicar la fase con una precisión arbitraria. Además, el espectro angular se filtra para contener sólo frecuencias angulares más f = 1

pequeñas que un umbral especificado Jt 2^{« a,} donde N es el conteo de pasos de fase (figura 7) y A es el paso de píxel del modulador 104 de dirección del haz. El campo de onda en el modulador 104 de dirección del haz está limitado por el siguiente filtro de paso bajo:

donde £,Y £ [—f^—max, f^max] son las frecuencias angulares en las direcciones x e y, respectivamente, y f^max es la frecuencia angular máxima alcanzable por el modulador 104 de dirección del haz. El módulo 224 de dirección del haz genera la espectro filtrado F{H(x,y)}L(s,Y) al multiplicar el filtro de paso bajo en el espectro angular del campo de onda en el modulador 104 de dirección del haz. Luego, el módulo 224 de dirección del haz genera un nuevo campo de onda en el modulador 106 de amplitud, como se describe en el paso 1308 del método 1300, como sigue:

El campo de ondas r(x',y) es una aproximación de la imagen deseada que modela tanto el ruido introducido por la cuantificación como la naturaleza de solo fase del modulador 104 de dirección del haz. A continuación, el módulo 224 de dirección del haz reemplaza el amplitudes del campo de onda r(x',y') con la distribución de intensidad original I(x', y) y utiliza r(x',y') para comenzar la siguiente iteración del método 1300.

También se puede proporcionar compensación para la inclinación relativa entre el modulador de dirección del haz y el modulador de amplitud. Por ejemplo, una rotación en el espectro angular puede proporcionar tal compensación. Véase, por ejemplo, S. De Nicola, A. Finizio, G. Pierattini, D. Alfieri, P. Ferraro, "Reconstruction of digital holograms on tilted planes", Proc. SPIE 6311, Optical Information Systems IV, 63110K (2006/08/30); doi: 10.1117/12.683859; http://dx.doi.org/10.1117/12.683859. Luego, la operación de propagación, el filtrado y la rotación angular se pueden realizar en el mismo espectro angular. Como resultado, la compensación de inclinación se puede realizar sin coste de complejidad adicional.

El módulo 224 de dirección del haz termina el método 1300 cuando se cumple una condición de terminación predeterminada particular. En la realización de ejemplo, el método 1300 finaliza cuando la potencia total del campo de ondas en el modulador 104 de dirección del haz no aumenta más allá de un umbral predefinido entre iteraciones consecutivas. En cada iteración j, la potencia total se calcula sobre las ROI de la imagen (cada píxel en el campo de onda reconstruido donde el píxel correspondiente en la imagen original no es negro). La potencia se calcula de la siguiente manera:

El módulo 224 de dirección del haz finaliza el método 1300 cuando se cumple la siguiente condición:

I? ,-? /- . _<P*

donde Pt es el aumento relativo de potencia entre iteraciones y se elige empíricamente. Una vez que se cumple la condición de terminación, puede ser deseable continuar realizando iteraciones sin filtrar, de la siguiente manera: ^ ( ^ - / ) = r 1{f{H (x ,y )}G í¡(€,y)}

En este punto, cada iteración sucesiva añadirá mejoras a la calidad de la imagen reconstruida a expensas de una penalización de eficiencia. Una vez que se terminan las iteraciones sin filtrar, el módulo 224 de dirección del haz extrae la fase de la versión final de H(x,y) y la cuantifica a la profundidad de bits del modulador 104 de dirección del haz. El módulo 224 de dirección del haz utiliza luego la distribución de fase resultante para generar valores de accionamiento de dirección del haz para accionar el modulador 104 de dirección del haz, como se describe en el paso 1312 del método 1300.

También se pueden usar algunas variaciones del método 1300 para generar valores de accionamiento de dirección del haz, en base a necesidades particulares de eficiencia, requisitos de calidad de imagen, etc. Por ejemplo, el filtro de paso bajo L( ^s,^y) se puede ajustar de manera trivial para generar una solución que no dirija la luz en ángulos específicos, de la siguiente manera:

donde 0 < f1 < ••• < fN < ft y f1 ••• fN se seleccionan en base a las necesidades particulares de la aplicación. Tal variación puede ser útil para sistemas en los que es deseable bloquear la luz de frecuencia de CC, como los reflejos de la superficie del modulador 104 de dirección del haz. Además, otros tipos de filtros que incluyen, entre otros, filtros gaussianos, filtros sinc, etc.

Otra variación incluye alterar un filtro LM(^e,^y) después de iteraciones sucesivas. Por ejemplo, el filtro inicial L0(^e,^y) se puede configurar de la siguiente manera:

donde Zb se elige para maximizar la eficiencia de difracción del modulador 104 de dirección del haz. Después de cada iteración, la restricción de eficiencia se relaja progresivamente. Esto permite que el módulo 224 de dirección del haz pruebe la imagen reconstruida para métricas de calidad visual después de cada iteración y termine el método 1300 cuando la calidad de la imagen se considere aceptable en comparación con los requisitos de calidad predefinidos. Como otra variación, el umbral de corte del filtro se puede derivar del cálculo de una curva de estimador de F(eficiencia) = calidad para una imagen de entrada dada (antes de ejecutar el algoritmo de iteración) y seleccionar el mejor compromiso entre eficiencia y calidad.

Otra variación más incluye utilizar un accionamiento de fase previamente calculado en lugar de fase cero para la distribución de fase inicial de la función r(x', y'). Por ejemplo, se puede usar otro de los métodos descritos en esta divulgación para generar un accionamiento de fase de baja resolución, que luego se propaga de manera directa, de acuerdo con el paso 1308 del método 1300. El campo propagado resultante se puede usar luego como la función r(x', y') para el paso 1304 del método 1300. Además, el umbral de filtro ft puede elegirse de modo que la eficiencia de difracción de la solución resultante no sea peor que el accionamiento de fase inicial de baja resolución.

La figura 15 es un diagrama de flujo que resume otro método de ejemplo 1500 para generar valores de accionamiento de dirección del haz a partir de datos de imagen. En la realización de ejemplo, el método 1500 es realizado por el módulo 224 de accionamiento de dirección del haz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 1500 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 1502, una imagen deseada (en base a los datos de la imagen) se divide en una pluralidad de regiones. A continuación, en un segundo paso 1504, se identifica un subconjunto de la pluralidad de regiones que tiene un brillo distinto de cero. Luego, en un tercer paso 1506, se genera un conjunto de elementos de plano completo, cada uno de los cuales dirige la luz a la correspondiente región del subconjunto de regiones. Finalmente, en un cuarto paso 1508, se generan valores de accionamiento de dirección del haz combinando el conjunto de elementos de plano completo, en base, al menos en parte, a los brillos relativos de las regiones que comprenden el subconjunto de regiones. El método 1500 se analizará con más detalle con referencia a la figura 16 a continuación.

La figura 16 es un diagrama que ilustra el método 1500. Una imagen deseada 1602 se divide en una pluralidad de regiones 1604. Tres de las regiones 1604, etiquetadas con 1604A, 1604B y 1604C, contienen áreas de brillo distinto de cero (indicado por una imagen de un elipsoide 1606). El módulo 224 de dirección del haz identifica las regiones 1604A, 1604B y 1604C que tienen un brillo distinto de cero mediante el examen de los datos de imagen correspondientes a la imagen deseada 1602, como se describe en el paso 1504 del método 1500. Para las regiones 1604A, 1604B y 1604C, el módulo 224 de dirección del haz genera valores 1608A, 1608B y 1608C de accionamiento de plano completo, respectivamente, como se describe en el paso 1506 del método 1500. Los valores 1608 de accionamiento de plano completo se pueden calcular previamente o generarse en tiempo real utilizando cualquiera de los otros métodos de ejemplo para generar valores de accionamiento de dirección del haz como se analiza en esta divulgación.

Cada uno de los valores 1608 de accionamiento del plano completo generará sólo la región correspondiente 1604 en el modulador 106 de amplitud cuando se utilice para accionar todo (el plano completo de) el modulador 104 de dirección del haz. Por ejemplo, si los valores 1608A de accionamiento del plano completo se usan para accionar el modulador 104 de dirección del haz, la porción del elipsoide 1606 dentro de la región 1604A será lo único que se visualizará en el modulador 106 de amplitud. La porción del elipsoide dentro de la región 1604A se visualizará también en la misma ubicación y a la misma escala que en la imagen deseada 1602. El módulo 224 de dirección del haz combina valores 1608 de accionamiento del plano completo, como se describe en el paso 1508 del método 1500, para generar valores de accionamiento de dirección del haz que accionarán el modulador 104 de dirección del haz para generar una imagen recreada 1610 en el modulador 106 de amplitud. La imagen recreada 1610 es tan similar a la imagen deseada 1602 como es posible dadas las capacidades del modulador 104 de dirección del haz.

Al combinar los valores 1608 de accionamiento del plano completo, el módulo 224 de dirección del haz debe asignar porciones del modulador 104 de dirección del haz en base a los brillos relativos de las regiones 1604. Las regiones más brillantes entre las 1604 requieren más luz para iluminarse correctamente, por lo que requieren que una mayor parte del área del modulador 104 de dirección del haz dirija la luz hacia ellas. En la realización de ejemplo, el elipsoide 1606 tiene un brillo uniforme en toda su área, por lo que los brillos relativos de las regiones 1604a , 1604B y 1604C dependen de las áreas relativas del elipsoide 1606 dentro de ellas. Aproximadamente una quinta parte del elipsoide 1606 está contenida dentro de cada una de las regiones 1604A y 1604C, mientras que las otras tres quintas partes están contenidas dentro de la región 1604B. Por lo tanto, los valores de accionamiento de dirección del haz finales comprenderán una quinta parte de cada uno de los valores 1608 A y 1608C de accionamiento del plano completo, y tres quintas partes de los valores 1608B de accionamiento del plano completo, como se muestra en la imagen recreada 1610. Para determinar qué áreas del modulador 104 de dirección del haz deben accionarse para iluminar una región en particular de entre las regiones 1604A, 1604B o 1604C, se resuelve un problema de transporte óptimo (tal como el utilizado en el método 900) mediante el módulo 224 de dirección del haz. La solución al problema de transporte óptimo genera un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz que recrean la imagen 1602 con la máxima eficiencia.

El ejemplo de realización ilustrado por la figura 16 se simplifica para proporcionar una exposición clara del método 1500. En las realizaciones prácticas, la resolución de las regiones 1604 será mucho más alta y, en algunos casos, tan alta como la resolución de la imagen deseada 1602. En tales realizaciones, el módulo 224 de dirección del haz analiza los datos de imagen correspondientes a la imagen deseada 1602 para determinar qué píxeles tienen brillos distintos de cero. Para cada uno de estos píxeles, se generan valores de accionamiento del plano completo, siendo cada uno de los valores de accionamiento del plano completo una representación de fase de una lente que dirige todo el campo de luz incidente sobre el píxel correspondiente. Cuando se combinan los valores de accionamiento del plano completo, el módulo 224 de dirección del haz utiliza los datos de imagen correspondientes a la imagen deseada 1602 para determinar los brillos relativos de los píxeles y, por lo tanto, las áreas relativas del modulador 104 de dirección del haz dedicadas a dirigir la luz sobre los píxeles, generándose, de este modo, automáticamente, la imagen recreada 1610 con una distribución de intensidad apropiada. Nuevamente, se genera una solución de transporte óptima para asignar áreas del modulador 104 de dirección del haz y lograr la máxima eficiencia.

Como se indicó anteriormente, el método de aproximación de Vogel es ventajoso porque proporciona una solución casi óptima al problema del transporte (asignación de luz) en ambos métodos 900 y 1500. El método asegura la proximidad de las particiones del SLM de dirección del haz asignadas a las mismas (o a casi las mismas) ubicaciones de PSF en el campo de luz, en el espacio 2D. Esto limita la pérdida por difracción potencialmente causada por tener demasiados interruptores entre particiones que dirigen a diferentes ubicaciones, lo que puede parecer un "artefacto de bloque". El método también asegura la localidad de las particiones del SLM de dirección del haz con respecto a la posición de destino, lo que limita los ángulos de deflexión y, por lo tanto, las pérdidas por difracción.

Opcionalmente, se puede usar un método de aproximación de Vogel de resolución múltiple (MRVAM) en el método 900 y/o el método 1500. El MRVAM resuelve el problema de transporte (óptico) usando múltiples niveles de resolución. Primero, el problema se resuelve en una cuadrícula gruesa (por ejemplo, con particiones de 30 x 18) generando una solución de primera aproximación. Luego, la solución se refina en una cuadrícula más fina (por ejemplo, de 120 x 72), usando el resultado de la primera aproximación y permitiendo que la solución fina abarque el equivalente de una "región gruesa" de 3 x 3. Este método facilita la resolución de sistemas mucho más complicados, manteniéndose baja, al mismo tiempo, la complejidad computacional.

La figura 17 es un diagrama de flujo que resume un método 1700 de ejemplo para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz. En la realización de ejemplo, el método 1700 es realizado por el módulo 226 de simulación de campo de luz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 1700 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 1702, se define una pluralidad de rayos de luz. Cada rayo de los rayos de luz emana de un punto/región particular en un modulador de dirección del haz. Luego, en un segundo paso 1704, se sigue la trayectoria de cada rayo de la pluralidad de rayos de luz desde el modulador de dirección del haz hasta un modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a los valores de accionamiento de la dirección del haz. Finalmente, en un tercer paso 1706, se genera una simulación de campo de luz, en base, al menos en parte, a la pluralidad de trayectorias trazadas entre el modulador de dirección del haz y el modulador de amplitud. El método 1700 se analizará con más detalle con referencia a las figuras 18-19B a continuación.

La figura 18 es una vista en corte transversal del modulador 104 de dirección del haz y del modulador 106 de amplitud, que ilustra el método 1700. Una pluralidad de rayos 1802 de luz emana del modulador 104 de dirección del haz e incide en el modulador 106 de amplitud. Cada uno de los rayos 1802 de luz emana de un grupo de entre una pluralidad de grupos 1804 de píxeles. En la realización de ejemplo, cada uno de los grupos 1804 de píxeles incluye un cuadrado de píxeles de 3x3 (solo tres píxeles son visibles, porque la figura 18 sólo muestra una dimensión), y el correspondiente rayo de entre los rayos 1802 de luz emana del píxel central. En base a los valores de accionamiento de la dirección del haz utilizados para accionar el modulador 104 de dirección del haz, el módulo 226 de simulación de campo de luz es capaz de determinar un ángulo G entre cada uno de los rayos 1802 de luz y la normal al modulador 104 de dirección del haz. Se puede determinar en desplazamiento horizontal de cada uno de los rayos 1802 de luz en una dirección a partir de G, como sigue:

Ax = dsendx

donde Ax es el desplazamiento horizontal en la dirección x, G^x es el ángulo entre un rayo relevante perteneciente a los rayos 1802 de luz y la normal al modulador 104 de dirección del haz en la dirección x, y d es la distancia entre el modulador 104 de dirección del haz y modulador 106 de amplitud. Asimismo, el desplazamiento horizontal en la dirección y se puede determinar de la siguiente manera:

Ay = ¿sen 9y

donde Ay es el desplazamiento horizontal en la dirección y, y G^y es el ángulo entre un rayo relevante perteneciente a los rayos 1802 de luz y la normal al modulador 104 de dirección del haz en la dirección y. Un campo vectorial discretizado D(x,y) que describe el desplazamiento tridimensional de cada uno de los rayos 1802 de luz que emanan de un punto (x, y) en el modulador 104 de dirección del haz se define como sigue:

donde G^x y G^y son cada uno funciones de las posiciones de origen de los rayos 1802 de luz correspondientes y están definidos por los valores de accionamiento de dirección del haz, y donde x, y y z son los vectores unitarios en las direcciones x, y y z, respectivamente. El campo vectorial D(x,y) mapea los rayos 1802 de luz desde el modulador 104 de dirección del haz en el modulador 106 de amplitud, y, por lo tanto, es utilizado por el módulo 226 de simulación de campo de luz para generar una simulación de campo de luz, como se describe en el paso 1706 del método 1700. El campo vectorial D(x,y) se puede también expresar como un mapeo de las coordenadas (x,y) en las coordenadas (x',y) de la siguiente manera:

Esto es útil para determinar la matriz jacobiana que corresponde al sistema, lo que se analiza con mayor detalle a continuación, con referencia a las figuras 19A-19B.

La figura 19A es un diagrama que ilustra una variación del método 1700. El modulador 104 de dirección del haz incluye cuatro píxeles 1902, que son los puntos de origen de cuatro rayos 1904 de luz, que inciden en el modulador 106 de amplitud. El módulo 226 de simulación de campo de luz rastrea los rayos 1904 de luz mediante el seguimiento de los cambios a un elemento 1906 de línea, que está definido por píxeles 1902. El elemento 1906 de línea se mapea en un elemento 1908 de línea correspondiente en el modulador 106 de amplitud, que está definido por los puntos de destino de los rayos 1904 de luz. El módulo 226 de simulación de campo de luz utiliza la matriz jacobiana correspondiente al sistema 100 para determinar cuánta longitud el elemento 1906 estira, comprime, gira, desplaza, etc.

La jacobiana se define, en el sistema 100, como la siguiente matriz:

donde el punto de destino de un rayo dado de entre los rayos 1904 de luz viene dado por (x',y'), y x' e y' son cada uno una función de x e y (porque Gx y dy son cada uno una función de x e y). El determinante de la jacobiana proporciona información sobre cómo el sistema de coordenadas correspondiente a (x,y) se mapea en el sistema de coordenadas correspondiente a (x',y) en un punto dado (x,y). En la realización de ejemplo, el determinante de la jacobiana proporciona información sobre cómo viajan los rayos de luz entre el modulador 104 de dirección del haz y el modulador 106 de amplitud. Por ejemplo, la longitud del elemento 1908 de línea en un punto dado se alarga si el determinante de la jacobiana es positivo en ese punto, y por un factor igual al valor absoluto del determinante de la jacobiana en ese punto. Utilizando el determinante de la jacobiana, el módulo 226 de simulación de campo de luz puede muestrear varios puntos (x, y) y determinar cómo se verá el campo de luz en un punto correspondiente (x', y') (por ejemplo, más tenue o más brillante). La utilización del determinante de la jacobiana permite que el módulo 226 de simulación de campo de luz simule el campo de luz en el modulador 106 de amplitud usando menos cálculos.

La figura 19B es un diagrama que ilustra otra variación del método 1700. El modulador 104 de dirección del haz incluye cuatro píxeles 1910, que son los puntos de origen de cuatro rayos 1912 de luz. El módulo 226 de simulación de campo de luz rastrea los rayos 1912 de luz rastreando los cambios en un elemento 1914 de área, que está definido por píxeles 1910. El elemento 1914 de área se mapea en un elemento 1916 correspondiente de área en el modulador 106 de amplitud, que está definido por los puntos de destino de los rayos 1912 de luz. El módulo 226 de simulación de campo de luz utiliza la matriz jacobiana correspondiente al sistema 100 para determinar cuánta área el elemento 1906 estira, comprime, gira, desplaza, etc.

En realizaciones alternativas, se pueden usar otras matrices (por ejemplo, la matriz Hessian) que utilizan diferenciales de orden superior para rastrear los cambios en el elemento 1906 de línea y/o en el elemento 1914 de área con mayor precisión. Adicionalmente, se pueden muestrear más o menos puntos (x, y) mediante el módulo 226 de simulación de campo de luz en base a las necesidades de la aplicación particular.

La figura 20 es un diagrama de flujo que resume otro método de ejemplo, 2000, para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz. En la realización de ejemplo, el método 2000 es realizado por el módulo 226 de simulación de campo de luz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 2000 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 2002, cada píxel de un modulador de dirección del haz se modela como una fuente de ondas esféricas. Cada onda esférica tiene una fase definida por el conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz. Luego, en un segundo paso 2004, se utiliza un modelo de propagación de la luz para determinar un patrón de interferencia en un modulador de amplitud que resulta de la propagación de las ondas esféricas. Finalmente, en un tercer paso 2006, se genera una simulación de campo de luz en base, al menos en parte, al patrón de interferencia. El método 2000 se analizará con más detalle con referencia a la figura 21 a continuación.

La figura 21 es una vista en corte transversal del modulador 104 de dirección del haz y del modulador 106 de amplitud que ilustra el método 2000. El modulador 104 de dirección del haz es un modulador de fase, que dirige la luz de manera efectiva modulando espacialmente la fase de la luz incidente para producir un patrón de interferencia. El módulo 226 de simulación de campo de luz simula el campo de luz calculando el patrón de interferencia generado en base a los valores de accionamiento de dirección del haz. El módulo 226 de simulación de campo de luz trata puntos en el modulador 104 de dirección del haz como fuentes 2102 de ondas esféricas, como se describe en el paso 2002 del método 2000. Las diferencias de fase entre las fuentes 2102 se ilustran como ligeras diferencias en el punto de origen de las ondas. En realidad, las fuentes 2102 están situadas sobre una superficie 2104 del modulador 104 de dirección del haz y generan ondas esféricas que tienen diferentes fases. Las ondas esféricas se combinan para generar el patrón de interferencia en una superficie 2106 del modulador 106 de amplitud.

El módulo 226 de simulación de campo de luz utiliza un modelo de propagación de luz en base a ondas, tal como el modelo de Rayleigh-Sommerfeld, para calcular el patrón de interferencia. Se pueden utilizar otros modelos, tal como el modelo de Fresnel-Kirchoff. Diversos modelos de propagación de luz hacen diversas asunciones simplificadoras (o ninguna en absoluto) para aproximar un campo de luz en base a la fase y las posiciones de las fuentes 2102. El módulo 226 de simulación de campo de luz utiliza el modelo que mejor se adapta a la situación/aplicación particular para calcular el patrón de interferencia, y genera la simulación de campo de luz en base al cálculo del patrón de interferencia, como se describe en el paso 2006 del método 2000.

La figura 22 es un diagrama de flujo que resume otro método más de ejemplo, 2200, para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz. En la realización de ejemplo, el método 2200 lo realiza el módulo 226 de simulación de campo de luz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 2200 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 2202, la información relacionada con el campo de luz en un modulador de amplitud se captura utilizando un sensor óptico. Luego, en un segundo paso 2204, se estima el campo de luz en el modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a la información capturada. Finalmente, en un tercer paso 2206, se genera una simulación de campo de luz del campo de luz en el modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a la estimación del campo de luz. El método 2200 se analizará con más detalle con referencia a las figuras 23A-24 a continuación.

La figura 23A es un diagrama de bloques de un sistema de proyección de ejemplo, 2300A, que utiliza un sensor 2302A para implantar un ejemplo del método 2200. Un modulador 2304A de dirección del haz, en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz, modula la luz incidente para generar un campo de luz para ser proyectado sobre un modulador 2306A de amplitud. El campo de luz incide sobre uno o más elementos reflectantes/transmisores 2308A, que dividen el campo de luz. Una primera porción del campo de luz se transmite e incide sobre el modulador 2306A de amplitud. Una segunda porción del campo de luz se refleja, incide y es capturada por el sensor 2302A, como se describe en el paso 2202 del método 2200. La información del sensor 2302A (indicativa del campo de luz incidente en el modulador 2306A de amplitud) se proporciona a un controlador (no mostrado) para ser utilizada en la generación de una simulación de campo de luz del campo de luz incidente en el modulador 2306A de amplitud, como se describe en el paso 2206 del método 2200. En la realización de ejemplo, los elementos reflectantes/transmisores 2308A se colocan intencionalmente con el fin de muestrear el campo de luz. En realizaciones alternativas, los elementos reflectantes/transmisores 2308A pueden ser un elemento óptico existente, tal como una lente, un prisma de reflectancia interna total (TIR), un recubrimiento de vidrio de SLM, etc.

La figura 23B es un diagrama de bloques de otro ejemplo de sistema de proyección, 2300B, que utiliza un sensor 2302B para implantar el método 2200. Un modulador 2304B de dirección del haz modula la luz incidente, en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz, para generar un campo de luz que se proyectará en un dispositivo de microespejo digital (DMD) 2306B. El DMD 2306B dirige al menos una porción del campo de luz al sensor 2302B como luz fuera de estado, y dirige otra porción del campo de luz a la óptica de proyección (no mostrada). La información procedente del sensor 2302B (indicativa del campo de luz incidente en DMD 2306B) se proporciona a un controlador (no mostrado) para ser utilizada en la generación de una simulación de campo de luz del campo de luz incidente en DMD 2306B, como se describe en el paso 2206 del método 2200.

La figura 23C es un diagrama de bloques de otro ejemplo más de sistema de proyección, 2300C, que utiliza un sensor 2302C para implantar el método 2200. Un modulador 2304C de dirección del haz modula la luz incidente, en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz, para generar un campo de luz y proyectar el campo de luz en un modulador 2306C de amplitud. El sensor 2302C está posicionado para muestrear la luz desde al menos un orden de refracción del modulador 2306C de amplitud. La información 2302C del sensor (indicativa del campo de luz incidente en el modulador 2306C de amplitud) se proporciona a un controlador (no mostrado) para ser utilizada en generar una simulación de campo de luz del campo de luz incidente en el modulador 2306C de amplitud, de acuerdo con el paso 2206 del método 2200.

Cabe señalar que los controladores de los sistemas 2300A, 2300B y 2300C son substancialmente similares al controlador 110 del sistema 100. Cada uno de los controladores incluye un módulo de simulación de campo de luz (no mostrado) substancialmente similar al módulo 226 de simulación de campo de luz para generar la simulación de campo de luz en base a la información recibida de los sensores 2302A, 2302B y 2302C, respectivamente.

Debido a que el campo de luz simulado en el método 2200 también se usa para generar la simulación, en algunos sistemas puede ser deseable minimizar la latencia al generar la simulación de campo de luz. La figura 24 es un diagrama de flujo que resume un método de ejemplo, 2400, para mejorar la latencia mientras se genera una simulación de campo de luz a partir de valores de accionamiento de dirección del haz y datos de imagen. En un primer paso 2402, se genera una simulación de campo de luz predeterminada. La simulación de campo de luz predeterminada se puede estimar en varios niveles de precisión usando cualquiera de los otros métodos, o variaciones de los mismos, descritos en la presente descripción. La simulación de campo de luz predeterminada también puede ser una solución final a partir de una trama anterior si los datos de la imagen son datos de vídeo. Luego, en un segundo paso 2404, se muestrea el campo de luz existente utilizando un sensor óptico para generar datos de campo de luz muestreados. El campo de luz existente se puede muestrear por cualquiera de los métodos discutidos anteriormente o por otros métodos, incluso por aquellos que aún no se han inventado. Luego, en un tercer paso 2406, la simulación de campo de luz predeterminada se aumenta con los datos de campo de luz muestreados del paso 2404 para generar una simulación de campo de luz final. A continuación, en un bloque 2408 de decisión, se determina si hay o no más imágenes para visualizar. Si hay más imágenes para visualizar, el método 2400 vuelve al paso 2402, donde la simulación de campo de luz final del paso 2406 puede usarse para generar la simulación de campo de luz predeterminada. Si no hay más imágenes para visualizar, el método 2400 finaliza. El método 2400, en cualquier encarnación, se puede aplicar a frecuencias de actualización superiores a la frecuencia de actualización del contenido que se va a visualizar.

El método 2400 se puede utilizar, por ejemplo, en combinación con un DMD para generar la simulación de campo de luz final durante, por ejemplo, períodos de supresión. La simulación de campo de luz predeterminada es una imagen en blanco o una distribución de intensidad cero. El DMD se acciona con un accionamiento cero durante el período de supresión, lo que hace que todo el campo de luz existente se dirija hacia el sensor óptico como luz fuera de estado. El sensor óptico toma muestras del campo de luz existente y genera la simulación final del campo de luz directamente a partir de los datos del campo de luz muestreados. Este método de ejemplo simula el campo de luz exactamente (es como, efectivamente, tomar una fotografía del campo de luz) y se puede realizar fácilmente dentro del período máximo de latencia de la mayoría de los sistemas de proyección. Además, este método de ejemplo es particularmente útil para los sistemas en los que se proporciona un accionamiento cero al DMD como parte del esquema de accionamiento por defecto.

La figura 25 es un diagrama de flujo que resume otro método 2500 más para generar una simulación de campo de luz en base a un conjunto de valores de accionamiento de dirección del haz. En la realización de ejemplo, el método 2500 es realizado por el módulo 226 de simulación de campo de luz, utilizando datos de otros elementos del controlador 110. En realizaciones alternativas, algunos pasos del método 2500 pueden ser realizados por otros elementos y/o diseñadores/usuarios del sistema. En un primer paso 2502, se define un conjunto de elementos ópticos predefinidos para accionar un modulador de dirección del haz. Cada elemento del conjunto de elementos ópticos predefinidos tiene parámetros asociados, que pueden ser variados. En un segundo paso 2504, el modulador de dirección del haz es accionado con cada elemento del conjunto de elementos ópticos predefinidos. Cada elemento se acciona con valores variables para cada uno de los parámetros asociados. A continuación, en un tercer paso 2506, se registra el efecto sobre el campo de luz resultante en el modulador de amplitud de variar cada uno de los parámetros asociados para cada elemento del conjunto de elementos ópticos predefinidos. Finalmente, en un cuarto paso 1508, se genera una simulación de campo de luz, en base, al menos en parte, a los efectos registrados de variar cada uno de los parámetros asociados y a los valores de accionamiento de dirección del haz. El método 2500 se analizará con más detalle con referencia a la figura 26 a continuación.

Un método de ejemplo para simular un campo de luz incidente en un modulador de amplitud incluye combinar funciones de dispersión de luz que resultan de accionar un modulador de dirección del haz con una representación de fase de un elemento óptico predeterminado. La figura 26 es una vista en corte transversal de una porción del sistema 100 de proyección durante un procedimiento de calibración. El modulador 104 de dirección del haz se acciona con un controlador 2602 de fase de calibración, que incluye una pluralidad de representaciones 2604 de fase de elementos ópticos que tienen diversos parámetros. Cada una de las representaciones 2604 de fase genera un campo 2606 de luz correspondiente, que incide en el modulador 106 de amplitud.

Las características de los campos 2606 de luz dependen de los parámetros de las correspondientes representaciones 2604 de fase. Por ejemplo, tres de las representaciones 2604 de fase corresponden a lentes convexas y actúan para enfocar la luz. Las distancias focales y, por lo tanto, el tamaño, la nitidez, etc. de los campos 2606 de luz correspondientes dependen de la profundidad de la lente o, más exactamente, de las características de las representaciones 2604 de fase. Además, los brillos de los campos 2606 de luz correspondientes dependen del tamaño de las representaciones 2604 de fase, o, más exactamente, el área del modulador 104 de dirección del haz que ocupan. Otras tres representaciones 2604 de fase corresponden a lentes cóncavas y actúan para desenfocar la luz. Al igual que las de las representaciones 2604 de fase correspondientes a lentes convexas, las representaciones de fase 2604 correspondientes a lentes cóncavas generan campos 2606 de luz correspondientes que dependen de las características de las correspondientes representaciones 2604 de fase.

Durante el procedimiento de calibración, el efecto de cambiar los parámetros de las representaciones 2604 de fase en los campos 2606 de luz correspondientes es compilado por el módulo 226 de simulación de campo de luz (no mostrado). Los campos 2606 de luz se pueden muestrear para este fin mediante un sensor óptico existente en el sistema o mediante un sensor óptico extraíble, por ejemplo, que se utiliza únicamente con fines de calibración. Debido a que sólo se puede probar una combinación finita de parámetros, el módulo 226 de simulación de campo de luz tiene que interpolar entre los puntos de datos disponibles para generar un perfil completo para cada elemento óptico. Utilizando el perfil completo, el módulo 226 de simulación de campo de luz superpone campos 2606 de luz correspondientes a cada representación 2604 de fase utilizada para generar valores de accionamiento de dirección del haz para una imagen particular. El módulo 226 de simulación de campo de luz puede superponer lineal o no linealmente las contribuciones de cada uno de los campos 2606 de luz para generar la simulación de campo de luz final.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método (1300) para mostrar imágenes mediante un sistema (100) de proyección, comprendiendo, dicho sistema de proyección, un modulador (104) de luz espacial de dirección del haz y un modulador (106) de amplitud, estando configurado el modulador de luz espacial de dirección del haz para dirigir selectivamente la luz para formar una imagen intermedia en dicho modulador de amplitud, estando configurado el modulador de amplitud para modular espacialmente la imagen intermedia para formar una imagen final, comprendiendo dicho método:

recibir datos de imagen indicativos de al menos una imagen a visualizar;

generar valores de accionamiento de dirección del haz para accionar un modulador de luz espacial (SLM) de dirección del haz, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen, en el que generar los valores de accionamiento de dirección del haz incluye:

generar (1302) una descripción matemática de un campo de onda correspondiente a una imagen intermedia deseada en dicho modulador de amplitud,

(a) propagar de manera inversa (1304) dicho campo de ondas multiplicando la descripción matemática por un operador de propagación para generar una descripción matemática del campo de ondas en el modulador de luz espacial (SLM) de dirección del haz,

(b) filtrado de paso bajo (1306) de la descripción matemática del campo de ondas en el modulador de luz espacial de dirección del haz para retirar la información de amplitud,

(c) propagar de manera directa (1308) la descripción matemática filtrada de paso bajo del campo de ondas multiplicando por un operador de propagación para generar una descripción matemática de un nuevo campo de ondas en el modulador de amplitud, siendo, dicha nueva descripción matemática del nuevo campo de ondas, una aproximación de la imagen intermedia deseada,

si no se cumple una condición de terminación predeterminada (1310), iterar los pasos (a) a (c), usando cada vez el nuevo campo de onda generado en el paso (c) de la última iteración en el paso (a) de la siguiente iteración, y si dicha condición de terminación predeterminada se cumple (1310), generar (1312) los valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a la descripción matemática filtrada de paso bajo del campo de ondas proporcionada en la última iteración del paso (b);

generar una simulación de un campo de luz producido por dicho modulador de luz espacial de dirección del haz e incidente en el modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dichos valores de accionamiento de dirección del haz;

generar valores de accionamiento de modulación para accionar dicho modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dicha simulación de dicho campo de luz;

accionar dicho modulador de luz espacial de dirección del haz con dichos valores de accionamiento de dirección del haz; y accionar dicho modulador de amplitud con dichos valores de accionamiento de modulación.

2. El método de la reivindicación 1, en el que dicho paso de generar valores de accionamiento de dirección del haz incluye:

definir variables que relacionan dichos valores de accionamiento de dirección del haz, las ubicaciones en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz y las ubicaciones en dicho modulador de amplitud;

definir una ecuación diferencial que incluye dichas variables, una o más soluciones a dicha ecuación diferencial que relaciona/n las ubicaciones particulares en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz, las ubicaciones particulares en dicho modulador de amplitud y dichos valores de accionamiento de dirección del haz;

generar dicha una o más soluciones para dicha ecuación diferencial en base a una o más condiciones de linde predefinidas; y

usar dicha una o más de dichas soluciones para generar valores de accionamiento de dirección del haz particulares operativos para dirigir la luz desde una ubicación particular en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz a una ubicación deseada en dicho modulador de amplitud.

3. El método de la reivindicación 1, en el que dicho paso de generar valores de accionamiento de dirección del haz incluye:

definir una pluralidad de elementos de dirección del haz virtuales;

asociar secciones de dicho modulador de luz espacial de dirección del haz con las respectivas de dichos elementos virtuales de dirección del haz;

determinar una asignación de luz disponible desde dicho modulador de luz espacial de dirección del haz a regiones de dicho modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen, para generar un campo de luz deseado en dicho modulador de amplitud;

asociar cada dicho elemento virtual de dirección del haz con una de dichas regiones de dicho modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dicha asignación determinada de luz y a posiciones relativas de dichas regiones de dicho modulador de amplitud y a dichos elementos virtuales de dirección del haz; y

generar dichos valores de accionamiento de dirección del haz operativos para hacer que cada sección de dicho modulador de luz espacial de dirección del haz dirija la luz a dicha región asociada de dicho modulador de amplitud.

4. El método de la reivindicación 1, en el que dicho paso de generar valores de accionamiento de dirección del haz incluye:

definir una pluralidad de diferentes elementos virtuales ópticos;

generar una representación de fase de cada uno de dichos elementos virtuales ópticos;

determinar una combinación de dichos elementos virtuales ópticos para conseguir un campo de luz deseado, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen;

combinar dichas representaciones de fase de dichos elementos virtuales ópticos de dicha combinación para determinar una distribución de modulación de fase; y

generar dichos valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a dicha distribución de modulación de fase.

5. El método de la reivindicación 1, en el que dicho paso de generar valores de accionamiento de dirección del haz incluye:

generar una representación inicial de dicho campo de luz producido por dicho modulador de luz espacial de dirección del haz e incidente en dicho modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen;

utilizar un modelo de difracción para propagar de manera inversa dicha representación inicial de dicho campo de luz para formar una representación propagada de manera inversa de dicho campo de luz en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz; y

generar dichos valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a dicha representación propagada de manera inversa de dicho campo de luz.

6. Un controlador (110) para controlar un sistema (100) de proyección de modulación dual, comprendiendo dicho sistema de proyección un modulador (104) de luz espacial de dirección del haz y un modulador (106) de amplitud, estando configurado el modulador de luz espacial de dirección del haz para dirigir selectivamente la luz para formar una imagen intermedia en dicho modulador de amplitud, estando configurado el modulador de amplitud para modular espacialmente la imagen intermedia para formar una imagen final, comprendiendo, dicho controlador: una unidad (206) de procesamiento configurada para ejecutar código;

una interfaz (202) acoplada para recibir datos de imagen indicativos de al menos una imagen a visualizar; y una memoria (208) acoplada eléctricamente para almacenar datos y dicho código, incluyendo dichos datos y dicho código un módulo (224) de generación de accionamiento de dirección del haz configurado para generar valores de accionamiento de dirección del haz para accionar un modulador de luz espacial (SLM) de dirección del haz en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen, en el que generar los valores de accionamiento de dirección del haz incluye: generar (1302) una descripción matemática de un campo de onda correspondiente a una imagen intermedia deseada en dicho modulador de amplitud,

(a) propagar de manera inversa (1304) dicho campo de ondas multiplicando la descripción matemática por un operador de propagación para generar una descripción matemática del campo de ondas en el modulador de luz espacial (SLM) de dirección del haz,

(b) filtrado de paso bajo (1306) de la descripción matemática del campo de ondas en el modulador de luz espacial de dirección del haz para retirar la información de amplitud,

(c) propagar de manera directa (1308) la descripción matemática filtrada de paso bajo del campo de ondas multiplicando por un operador de propagación para generar una descripción matemática de un nuevo campo de ondas en el modulador de amplitud, siendo dicha nueva descripción matemática del nuevo campo de ondas una aproximación de la imagen intermedia deseada,

si no se cumple una condición de terminación predeterminada (1310), iterar los pasos (a) a (c), usando cada vez el nuevo campo de onda generado en el paso (c) de la última iteración en el paso (a) de la siguiente iteración, y si se cumple (1310) dicha condición de terminación predeterminada, generar (1312) los valores de accionamiento de dirección del haz, en base, al menos en parte, a la descripción matemática filtrada de paso bajo del campo de ondas proporcionada en la última iteración del paso (b),

un módulo (226) de simulación de campo de luz configurado para generar una simulación de un campo de luz producido por dicho modulador de luz espacial de dirección del haz e incidente en el modulador de amplitud en base, al menos en parte, a dichos valores de accionamiento de dirección del haz, y

un módulo (228) de generación de accionamiento de modulación configurado para generar valores de accionamiento de modulación para accionar dicho modulador de amplitud en base, al menos en parte, a dicha simulación de dicho campo de luz.

7. El controlador de cualquiera de [s/c.] la reivindicación 6, en el que dicho módulo de simulación de campo de luz: proporciona una pluralidad de simulaciones de campo de luz predeterminadas, cada una correspondiente a un conjunto predeterminado de valores de accionamiento de fase;

identifica unos conjuntos particulares entre dichos conjuntos de dichos valores de accionamiento de fase en base a dichos valores de accionamiento de dirección del haz;

recupera dichos campos de luz predeterminados correspondientes a dichos conjuntos identificados de entre dichos conjuntos de valores de accionamiento de fase; y genera dicha simulación de dicho campo de luz combinando dichos campos de luz predeterminados recuperados.

8. El controlador de la reivindicación 6 ó 7, en el que dicho módulo de generación de accionamiento de dirección del haz:

define variables que relacionan dichos valores de accionamiento de dirección del haz, las ubicaciones en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz y las ubicaciones en dicho modulador de amplitud;

define una ecuación diferencial que incluye dichas variables, una o más soluciones a dicha ecuación diferencial que relaciona ubicaciones particulares en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz, ubicaciones particulares en dicho modulador de amplitud y dichos valores de accionamiento de dirección del haz;

genera soluciones a dicha ecuación diferencial en base a una o más condiciones de linde predefinidas; y usa dicha una o más de dichas soluciones para generar valores de accionamiento de dirección del haz particulares, operativas para dirigir la luz desde una ubicación particular en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz a una ubicación deseada en dicho modulador de amplitud.

9. El controlador de la reivindicación 6 ó 7, en el que dicho módulo de generación de accionamiento de dirección del haz:

define una pluralidad de elementos virtuales de dirección del haz;

asocia secciones de dicho modulador de luz espacial de dirección del haz con las respectivas de dichos elementos virtuales de dirección del haz;

determina una asignación de luz disponible desde dicho modulador de luz espacial de dirección del haz a regiones de dicho modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen, para generar un campo de luz deseado en dicho modulador de amplitud;

asocia cada dicho elemento virtual de dirección del haz con una de dichas regiones de dicho modulador de amplitud en base, al menos en parte, a dicha asignación determinada de luz y a las posiciones relativas de dichas regiones de dicho modulador de amplitud y a dichos elementos virtuales de dirección del haz; y

genera dichos valores de accionamiento de dirección del haz operativos para hacer que cada sección de dicho modulador de luz espacial de dirección del haz dirija la luz a dicha región asociada de dicho modulador de amplitud.

10. El controlador de la reivindicación 7 u 8, en el que dicho módulo de generación de accionamiento de dirección del haz:

define una pluralidad de diferentes elementos virtuales ópticos;

genera una representación de fase de cada uno de dichos elementos virtuales ópticos;

determina una combinación de dichos elementos virtuales ópticos para conseguir un campo de luz deseado, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen;

combina dichas representaciones de fase de dichos elementos virtuales ópticos de dicha combinación para determinar una distribución de modulación de fase; y

genera dichos valores de accionamiento de dirección del haz en base, al menos en parte, a dicha distribución de modulación de fase.

11. El controlador de la reivindicación 6 o 7, en el que dicho módulo de generación de accionamiento de dirección del haz:

genera una representación inicial de dicho campo de luz producido por dicho modulador de luz espacial de dirección del haz e incidente en dicho modulador de amplitud, en base, al menos en parte, a dichos datos de imagen; utiliza un modelo de difracción para propagar de manera inversa dicha representación inicial de dicho campo de luz para formar una representación propagada de manera inversa de dicho campo de luz en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz; y

genera dichos valores de accionamiento de dirección del haz en base, al menos en parte, a dicha representación retropropagada de dicho campo de luz.

12. El controlador de la reivindicación 6 o 7, en el que dicho módulo de generación de accionamiento de dirección del haz:

divide dicha al menos una imagen en una pluralidad de regiones;

determina qué regiones de dicha pluralidad de regiones contienen al menos una ubicación que tiene un brillo mayor que un brillo predeterminado, en base, al menos en parte, en dichos datos de imagen;

genera una pluralidad de conjuntos de valores de accionamiento regionales, correspondiendo cada conjunto de dichos valores de accionamiento regionales a un plano completo de valores de accionamiento para dicho modulador de luz espacial de dirección del haz y teniendo valores operativos para generar una región de dicho campo de luz correspondiente a una de dichas regiones de dicha imagen que tiene dicho brillo mayor que dicho brillo predeterminado si se usa individualmente para accionar dicho modulador de luz espacial de dirección del haz; determina una cantidad de luz requerida para cada región de dicho campo de luz; y

combina dichos conjuntos de valores de accionamiento regionales en base, al menos en parte, a dichas cantidades determinadas de luz para generar dichos valores de accionamiento de dirección del haz.

13. El controlador de cualquiera de las reivindicaciones 6-12, en el que dicho módulo de simulación de campo de luz: define un punto de origen en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz para al menos un rayo de luz que contribuye a dicho campo de luz;

determina una trayectoria recorrida por dicho al menos un rayo de luz en base, al menos en parte, a un ángulo de dirección de dicho rayo de luz con respecto a una superficie de dicho modulador de luz espacial de dirección del haz, determinándose dicho ángulo de dirección de dicho rayo de luz en base a dichos valores de accionamiento de dirección del haz asociados con una porción de dicho modulador de luz espacial de dirección del haz en dicho punto de origen; y

genera dicha simulación de dicho campo de luz en base, al menos en parte, a dicha trayectoria.

14. El controlador de cualquiera de las reivindicaciones 6-12, en el que dicho módulo de simulación de campo de luz: define cada punto perteneciente a una pluralidad de puntos en dicho modulador de luz espacial de dirección del haz como una fuente de una onda esférica que se propaga hacia dicho modulador de amplitud, teniendo cada onda esférica una fase definida por un valor asociado de dichos valores de accionamiento de dirección del haz; utiliza un modelo de óptica de ondas para generar un patrón de interferencia resultante de dichas ondas esféricas; y genera dicha simulación de dicho campo de luz en base, al menos en parte, a dicho patrón de interferencia.

15. El controlador de cualquiera de las reivindicaciones 6-12, en el que dicho módulo de simulación de campo de luz: dirige al menos una porción de la luz desde dicho modulador de luz espacial de dirección del haz hacia un sensor óptico;

captura información correspondiente a dicha porción de luz usando dicho sensor óptico; y

genera dicha simulación de dicho campo de luz, en base, al menos en parte, a dicha información correspondiente a dicha porción de luz.