JP2017505555A - 光照射野プロジェクタおよび方法 - Google Patents

Abstract

照明デバイスにおいて、無駄にされた（減衰させられた）光により少なくとも部分的に、望ましくない程に高いエネルギー消費が引き起こされ得る。画像を含む光を投射するのに用いられ得る光学的に効率的な照明システムは、光の方向変更を用いる。所望される光照射野を生成するよう、位相変調デバイスが適用され得る。いくつかの実施形態は、変調器のうちいくつかまたは全てが振幅を減衰させるだけでなく、光源により提供される光の振幅を増幅すること、または位相、周波数、および偏光を変えることも行うデュアルまたはマルチ変調ディスプレイまたは投射システムを提供する。

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１３年１０月２０日に提出された米国出願第６１／８９３２７０号の優先権を主張する。米国での目的のために、本願は、２０１３年１０月２０日に提出され発明の名称が「ＬＩＧＨＴ ＦＩＥＬＤ ＰＲＯＪＥＣＴＯＲＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」である米国出願第６１／８９３２７０号の、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９の下での便益を主張する。当該出願はここにおいて、全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

本願発明は光プロジェクタに関する。いくつかの実施形態は、見るための画像を投射することに応用され得る。他の実施形態は、照明または他の目的のための構造化された光を生成することに応用され得る。複数の実施形態は、例えば以下のような市場において応用が可能である。デジタルシネマ、ＴＶおよびホームシアター、ポータブルおよびパーソナルプロジェクション（軍隊、モバイル等）、屋内および屋外のパーソナルおよび大型スクリーン広告および情報拡散、標識／広告／広告板／屋外広告、大会場およびライブのパフォーマンス、医療画像、仮想現実、コンピュータゲーム、オフィスでのプレゼンテーションおよび共同作業、車および他の車両内のヘッドアップディスプレイ、適応型の車用ヘッドライトなどのスマート照明、劇場のスポットライト、セキュリティ／建築ライティング、高コントラストのプラネタリウムプロジェクタ、屋内および屋外の一般的な照明システム、街路のライティング、道路のライティング、航空ライティングシステム、および飛行シミュレータなどの高コントラストのシミュレーションディスプレイなど。

特定された輝度プロファイルを有する光照射野を生成することが所望される状況が多くある。光投射システムには、建築ライティングから生きているような画像の表示に亘り非常に広い範囲の応用がある。投射される光パターンは、動的（例えば、ビデオ）、静的（静止画像、または、任意の形状を有する光学面により形成されるレンズを通して道路上へと投射される典型的な車用ヘッドライトの光線のような静的な応用のために用いられる、等）であり得る。広い範囲のスクリーン、および平坦面または湾曲面であり得る他の面上へと光が投射され得る。そのような面は（映画館、壁、または建物で用いられるキャンバスのように）完全反射性であり得、または部分反射性であり得る（車両のフロントガラスなど）。スクリーンは低利得または高利得、ランバート反射であるかまたは高度に指向性がある、高コントラストまたはより低いコントラストであり得る。固形物体上へ、またはある塊の媒質（霧など）上へ光が投射されてもよい。

光プロジェクタの市場、および光プロジェクタの応用としては、デジタルシネマ、屋内および屋外広告、医療画像（画像の表示、およびスマート光源によるキャプチャの両方のために）、大会場およびライブのイベントまたはパフォーマンス、自動車用ヘッドアップディスプレイ、車用ヘッドライトおよびリアライト、自動車用エンターテイメントおよび情報ディスプレイ、ホームシアター、ポータブルなビジネス向けの投射、消費者用途のテレビおよびディスプレイ、軍事用途、（コックピットディスプレイ、スマート着陸支援、個々の乗客向けのエンターテイメントディスプレイのような）航空用途、産業用途の構造化された光源、自動車用ヘッドライト、および他の応用を含む。

光を空間的に変調させるのに様々なデバイスが用いられ得る。これらは空間光変調器（ＳＬＭ）と呼ばれ得る。殆どのＳＬＭが、独立して、および個別に行先指定可能な複数の画素の２Ｄアレイを提供する。ＳＬＭのいくつかの例としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）デバイスなどの反射性ＳＬＭ、ＬＣＤパネルなどの透過性ＳＬＭ、高温ポリシリコン（ＨＴＰＳ）または低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）などの透過性ＬＣＤチップ、および、入射光の一部が透過させられ、入射光の一部が反射される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのシステムなどの部分反射性／部分透過性ＳＬＭがある。１つの課題としては、容易に利用可能な殆どの空間光変調技術は減算的であるということがある。これらＳＬＭ技術は、所望されない光を吸収する、または取り除くことにより動作する。このことは、光投射、およびしばしば、一般的な照明技術は、望ましくない程に高いエネルギーを消費する傾向にあり、望ましくない程に限定されたピーク輝度も有し得るというより一般的な課題に繋がる。

追加の考慮が、画像を投射するよう応用される光プロジェクタに当てはまる。例えば、そのようなプロジェクタにおいて、高い黒レベル、望ましくない程に低いコントラスト、限られた彩度が関心事であり得る。

これらの限界が意味するのは、投射されるイメージから最良のものを得るには、映画館、暗い居間、またはいずれかの他のライティングが制御された環境などの暗いビューイング環境が必要とされるということである。このことは、プロジェクタの可能な応用を制限する。

光投射を含む全ての技術分野において、所望される性能レベルを競争力のあるコストで達成することが課題であり得る。

上述された課題のうち１または複数を改善する光投射システムを求める一般的な必要性がある。

本願発明は、所望される（応用に応じて画像を含むかもしれず、または含まないかもしれない）光照射野を効率的に達成するために単一または複数の光源からの光を動的に再分配するシステムに関する。光の再分配は、ある光照射野内の１つのエリアからの光を取り上げ、その光を、その光照射野内の他のエリアへ方向付けることを伴う。いくつかの実施形態は、広い範囲のライティング応用の何れかにおいて構成要素として用いられ得る制御可能な照明システムを提供する。本願発明の他の複数の態様は、光照射野を生成するための方法、およびそのような方法を応用する光プロジェクタを提供する。

いくつかの実施形態に係る光照射野投射システムは、データプロセッサと、コンピュータソフトウェアプログラムと、１または複数の光源と、１または複数の動的に行先指定可能な光学素子を含む光制御メカニズムとを備える。光制御メカニズムは、レンズ、ミラー、ギャップ、光学ファイバ、光導体、および同様のものなどの１または複数の静的光学素子も光路に含み得る。ソフトウェアプログラムは、プロセッサにより実行されたときに、１または複数の所望されるターゲットの光照射野（例えば、所望されるヘッドライトパターンからムービーの画像フレームまでのいずれかのものを含み得る）を特定するデータを処理し得、１または複数の動的に行先指定可能な光学素子に、所望される光照射野を達成するよう光を方向変更させ得る。

本願発明の例示的な実施形態は、光プロジェクタ、投射ディスプレイ、投射ディスプレイを動作させるための方法、データプロセッサにより実行されたときにデータプロセッサに、本願発明に係る方法を実行させるコンピュータ可読構造を保持する媒体、画像を表示するための方法、表示のための画像データを処理するための方法、表示のための連続する画像データを処理するための方法、およびその他のものを提供する。

本願発明の更なる態様および実例である一式の例示的な実施形態の複数の特徴は、添付の複数の図面に実例が示されており、および／または以下の説明において説明されている。

添付の図面は、本願発明の非限定的かつ例示的な実施形態の実例を示す。

上位レベルの例示的なシステム（光効率性照明具）のブロック図である。

光効率性照明具の基本的な複数の構成要素を示すより詳細なレベルの、図１のシステムのブロック図である。

図２に示されている光効率性照明具の構成要素である光モジュール内の複数の構成要素を詳しく示すブロック図である。

図３の光モジュール内の複数の例示的な光学的構成要素を詳細に示し、また、光モジュール内の各ステージにおける複数の例示的な光プロファイルを描写する。

例示的な動的に行先指定可能な光再分配モジュールのブロック図である。

光モジュールにおける光プロファイル（左）、動的に行先指定可能な集束要素における光プロファイル（中央）、およびシステム出力部における光プロファイルの２つの例（上部および下部）を示す。

コヒーレント光を必要としない（がそれに対応する）シンプルなシステムの例示的な光学系の実例を示す。

光を再分配し、クリーンアップステージ（例えば、複数の統合ロッドのアレイ）を利用するシステムの例示的な複数の構成要素の実例を示し、各構成要素における例示的な光プロファイルを示す。

動的に行先指定可能な集束要素の異なる複数のエリアに適用する複数の位相変位を決定して、ターゲットの光照射野を生成するための最適化ベースの方法（または、「正確なモード」でシステムを動作させるのに必要な反復プログラム）の動作の実例を示すブロック図である。

ターゲットの光照射野の近似を生成するための手順方法の実例を示すブロック図である。

コヒーレント光に用いる光学機構の３つの例を示す。

可変レーザ走査アプローチのための例示的な光学系を示す。

（動的に集光可能なレンズまたは他の光学系による）他の可変レーザ走査アプローチの例示的な光学系を示す。

ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）を用いる光学スイッチの例である。

光学スイッチまたは他の光再分配器がどのようにクリーンアップモジュール（例えば、複数の統合ロッドのアレイ）と共に用いられ得るかを示す例である。

リファインモジュール（例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）と組み合わせた光効率性照明具）を含むシステムのブロック図である。

リファインモジュールを含むシステムの例示的な光学系を示す。光効率性照明具の出力部における、およびイメージングデバイス（例えば、ＳＬＭ）の入力部における例示的な光プロファイルも描写する。

クリーンアップステージとリファインステージとを含む照明システムのブロック図である。

クリーンアップステージとリファインステージとを含むシステムの例示的な光学系を示す。各ステージにおける例示的な光プロファイルも描写する。

時間多重またはカラーフィールド順次システムの強度−時間および強度−位置プロットを示す。２つの例示的な方法は、２つの異なるタイミングスキームを用いる。

以下の説明を通して、当業者がより完全に理解出来るようにするために具体的な詳細が明記される。しかし、開示を不必要に不明瞭にすることを避けるべく周知の要素が詳細に示されていないかもしれず、または説明されていないかもしれない。本技術の複数の例についての以下の説明は、網羅的であること、または任意の例示的な実施形態の正確な形態にシステムを限定することを意図されていない。したがって、説明および図面は制限的であるよりかは実例を示す意味でとらえられる。

図１は、例示的な実施形態に係る光照射野を生成するための例示的なシステムの実例を概略的に示す。システムは、ターゲットの光照射野を記述するデータを受け取り、光を方向変更することにより所望されるターゲットの光照射野に厳密に一致する出力光照射野を生成するよう構成されている。いくつかの場合において、出力光照射野は、所望されるターゲットの出力光照射野を生成するのに光学的、または他の処理をさらに必要とし得る。そのような処理は、本明細書に記載されている１または複数のリファインステージにより提供され得る。以下により詳細に説明されているように、このことをシステムは、光が殆ど無駄にされない光学的に効率的なやり方で行う。システムは、光を生成するよう動作させられ得る１または複数の光生成器（光源）を含む。いくつかの実施形態において、システムは光生成器を、光を出力し、その後、その光を方向変更して出力光照射野を提供するよう動作させる。光生成器の出力は、出力光の量を、出力光照射野のために必要な光の量に一致させるように制御され得る。（複数の）光生成器により生成される光の殆どは、出力光照射野に含まれることになり得る。

図２は、例示的な動的光効率性照明具をより詳細に描写する。プログラムがデータプロセッサ上で実行される。プログラムは、ターゲットの光照射野を記述するデータを受け取り、動的に行先指定可能な光再分配器により適用される光再分配スキームを計算する。プログラムは、光再分配器に供給される光を生成する１または複数の光源に関する強度を記述するデータも計算する。

データプロセッサは、全ての実施形態において必要というわけではない。いくつかの実施形態において、予め定められた一式の光照射野に関する光再分配スキームが事前に決定されている。そのような複数の実施形態において、複数の光照射野に対応する複数の光再分配スキームを規定するデータが格納されていてもよく、固定論理回路、構成可能論理回路、または同様のもので具現化されてもよい。その後、何ら計算を必要とすることなく、複数の光照射野のうち所望される光照射野を生成するよう光再分配器を制御するのに適切なデータが適用され得る。

（複数の光源および光再分配器、並びに関連付けられた光学系を備える）光モジュールは、電力と、１またはいくつかの光源の強度を記述するデータとを受け取り、所望される光プロファイルを有する光照射野を生成する。例示的な光モジュールの実例が図３においてさらに示されている。

図３は、例示的な光モジュールのより詳細な概略図である。光モジュールは、データプロセッサと、電力調整器と、１または複数の光源と、光合成および光線整形モジュールとを備える。

データプロセッサは、（複数の）光源に関する強度を記述するデータを受け取り、電力調整器のための制御信号を生成する。そして電力調整器は、各光源に分配される電力の量および／またはタイミングを制御する。電力調整器は、複数の別々の出力部を含み得、および／または複数の独立した電力調整回路を含み得る。

光源は、多種多様なタイプのうちの何れかであり得る。１つの光モジュールが任意で、複数のタイプの複数の光源を含み得る。複数の光源のいくつかの例は、レーザ、アーク灯、ＬＥＤ、高強度ランプ、等である。

各光源は、異なる複数の形状、強度、およびプロファイルの光を放射し得る。光源により生成される例示的な光プロファイルは、均一な、長方形の強度プロファイルであり得る。そのようなプロファイルは、複数の統合ロッドまたは他の光学系を用いて生成され得る。光プロファイルの他の例は、ガウス強度プロファイル、またはガウス強度プロファイルの総和を有し得る。他の例は、異なる複数の強度を有する長方形の均一な複数のプロファイル（ブロック）のアレイである。他の例において、光モジュールにより生成される光プロファイルは、任意の所望される形状であり得る。

（複数の）光源からの光はその後、光再分配器の入力部に結合される。結合は、複数の光源からの光を空間的に合成して、および／または、光を光学的に整形して、動的に行先指定可能な光再分配器への入力のための所望される光プロファイルを有する光をもたらすことを伴い得る。光の合成および光線整形は、光線分割器、偏光子、波長板、多層薄膜、光線合成器、マイクロレンズアレイ、レンズ、開口、および／またはミラーなどの一般的な複数の光学素子を用いて行われ得る。これらの要素は、複数の光源（例えば、狭帯域または広帯域光源）により放射される光の性質に関して最適化され得る。

好ましい一実施形態において、複数の光源からの光が、共通の光ファイバへと結合され、ファイバの出力部において、光は、一式のレンズを用いてコリメートされる。

システム内に存在するデータ、例えば、制御信号、または動的に行先指定可能な光再分配器に入射する光プロファイルを記述するデータは、外部の複数の構成要素またはシステムへ、例えばメタデータの形態で提供され得る。

図４は、図３に実例が示されているシステムの様々なステージにおける例示的な光プロファイルを示す。

光再分配器は、本質的に減算的ではない複数の技術を用いて光の性質および／または分布を制御可能に異ならせ得る。例えば、光再分配器は、複数の電磁波（光）の干渉を活用して、その位相特性を制御することにより光の分布を変調させ、および／または、光の見た目の色を変えるために光の周波数を変調させ得る。これらの両方の例は、光を吸収することにより光からのエネルギーを排熱へと変換することなく、光がどのように変えられ得るかを示している。

一実施形態において、１または複数の光源ＬＳ１〜ＬＳｎが、例えば複数の集束レンズ４０９を用いて１または複数の光ファイバ４０８へと結合される。４０５は、ｎ番目の光源の例示的な光プロファイルを示す。光ファイバ４０８からの合成された出力は、例えば２つの集束レンズ４０１および４０２を備える中継レンズシステム４００を例えば用いて動的に行先指定可能な光再分配器４０７上へと中継される。４００における２つのレンズ４０１および４０２の組み合わせられた効果は、光ファイバ４０８からの出力プロファイルを非対称的に拡大することであり得る。４０３は、２つの例示的なプロットを示す。上部は４０７のある空間次元に亘る組み合わせられた強度を示しており、下部は、２次元における４０７上に存在する光プロファイルの輪郭を示している。４０４は、４０８の出力部において存在する強度および輪郭の同じタイプのプロットの例を示す。さらに、４０４の上部のプロットは、各光源ＬＳ１〜ＬＳｎからの複数の光プロファイル、例えば４０６から光プロファイルの全体的な強度がどのように構成され得るのかの実例を示している。

図５は、１つのタイプの動的に行先指定可能な光再分配器の実例を概略的に示す。動的に行先指定可能な光再分配器は、受光光学系と、動的に行先指定可能な集束要素とを備える。

異なる複数の実施形態において複数の動的に行先指定可能な集束要素として用いるのに適した複数のデバイスの複数の例は、複数の制御可能な液晶区画の複数の透過性２Ｄアレイを含む。それら透過性２Ｄアレイは、それら液晶区画が、光の位相を選択的に遅延させるよう制御され得、実際的に経路長を変え得るという特性を有する。同じタイプデバイスは、反射を用いるやり方で実装され得る。動的に行先指定可能な集束要素は光の偏光にも影響を与え得る。いくつかのデバイスが、同時にいくつかの光特性を異ならせ得る。

いくつかの他の実施形態において、動的に行先指定可能な集束要素が、２Ｄまたは３Ｄ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）などの１または複数の走査ミラー、並びに／若しくは１または複数の可変形レンズまたはミラー、または複数の他の光学素子を備える。動的に行先指定可能な集束要素が、１または複数の光学スイッチを追加で、または代替的に備え得る。

受光光学系は、光モジュールからの入射光プロファイルを、動的に行先指定可能な集束要素のサイズ、形状、および角度受入範囲に一致する、または略一致する照明光照射野へと変換する。受光光学系はプリズムシステム、レンズ、自由空間光路、統合ロッド、または導波管のうち１または複数を例えば備え得る。

動的に行先指定可能な集束要素は、光再分配スキームに対応するデータにより制御される。データは、動的に行先指定可能な集束要素により実装されたとき、または動的に行先指定可能な集束要素上で実行されたときに所望される出力光照射野の形成を引き起こす、デバイスに亘る光路長の変化を記述し得る。

図６は、光モジュールにおいて生成される複数の光プロファイルのいくつかの例、および例示的な最終的なシステム出力光プロファイルを示す。図６は、図５の３つのステージにおいて光照射野がどのようなものであり得るかについて２つの例を含み、光モジュールからの入射光プロファイル、動的に行先指定可能な集束要素において存在する照明光照射野、および出力光学系に向かう光照射野が示されている。例１は、かなり均一である入力光照射野が任意の所望される出力光照射野に変換されるケースの実例を示す。例２は、独立した複数の光源のアレイからの光から成る不均一な入力光プロファイルが出力部における均一な光照射野に変換されるケースの実例を示す。

図６は、光効率性照明具の様々なステージにおける、例示的な光プロファイルの２つの組を示す。６１０において、光モジュールの出力部における光プロファイル６１１が、光効率性照明具の出力部における任意の光プロファイル６１３へと変換される応用が示されている。任意の光プロファイル６１３は、ターゲットの光照射野またはターゲットの画像をそのまま表し得る。光プロファイル６１２は、動的に行先指定可能な集束要素上へと中継および拡大される光プロファイル６１１を示す。Ｍ１およびＭ２は、光学システムの倍率を表しており、それぞれ強度倍率Ｎ１およびＮ２となる。

６２０において、光モジュールの出力部における光プロファイル６２１が光効率性照明具の出力部における均一な光プロファイル６２３へと変換される応用が示されている。光プロファイル６２２は、動的に行先指定可能な集束要素上へと中継および拡大される光プロファイル６２１を示す。Ｍ１およびＭ２は、光学システムの倍率を表しており、それぞれ強度倍率Ｎ１およびＮ２となる。

広い範囲の出力光照射野をもたらすことが可能なモジュールを提供することは、そのようなモジュールが、光学的効率性に関して最適化され得、上記で説明されているように広い範囲の応用の何れにも応用され得る点で有利である。本願発明に係る装置はそのまま、プロジェクタ、ディスプレイ、ライト等へと統合されてもよい。
どのように位相変調器を用いて所望される光照射野を生成するかについての説明、基本的な配置の説明

例示的な位相変調デバイスは、以下のものを含む。
空間光変調器（ＳＬＭ）（例えば、複数の画素の１Ｄまたは２Ｄアレイ）。ある画素において指定される駆動レベルが、その画素に当たる光に適用される位相遅延に相関し、例えば０から６５５３５の間の駆動レベルは、０から２π弧度（光の波長の１周期）の間の位相遅延の範囲に対応し得る。そのような空間変調器は、光の偏光状態を同時に変え得る（例は、透過型液晶ディスプレイ、または反射型シリコン上液晶ディスプレイ（ＬＣｏＳ））。代替的に、そのようなＳＬＭは、その画素の位相遅延に影響を与えるのみであり、その偏光には影響を与えないよう設計され得る。
音響光学変調器（ＡＯＭ。Ｂｒａｇｇセルとも呼ばれる）。入射光の偏光角、その位相、周波数、および偏光特性に影響を与え得る。
格子ライトバルブ（ＧＬＶ）。現在、これらのデバイスは、機械的に経路長を変化させることにより各画素または要素が、当たる光の位相を変化させ得る１Ｄの行先指定可能な複数のアレイである。
どのように位相変調器を用いて所望される光照射野を生成するか

旧来の意味でレンズは、レンズ面に亘って異なるように入射光の位相を遅延させ、そのことにより、レンズの曲率または形状に応じて光の焦点が合った、または焦点がぼやけたスポットを生じさせる、厚みが変化し得るガラス製の部品である。位相変調デバイス（ＰＭＤ）を用いて入射光線の位相を遅延させることにより同様の効果が達成され得る。例えば、レンズの効果は、例えば、２π位相差をＰＭＤの中心で用い、そこから位相差を減らして、０位相差をＰＭＤの縁で用いるなど、変化する位相パターンをＰＭＤ上で指定することにより達成され得る。より強いレンズ（焦点距離がより短いレンズ）が、フレネル型レンズのパターンのようなパターンで位相変調を提供するようＰＭＤを制御することにより達成され得る。

ＰＭＤは、例えばＰＭＤ上に１つの方向にゆっくりと変化する量の位相遅延を適用することにより同様の方式でプリズムおよび格子など他の光学素子の効果をエミュレートするよう制御され得る。

異なる複数の効果がＰＭＤ上で組み合わせられ得る。１つの例が、入射光プロファイルの集束およびシフトの両方を行う位相パターンである。このことは、レンズおよびプリズムに関するそれぞれの位相遅延パターンを重ねた（追加した）パターンで光の複数の位相を異ならせるようＰＭＤを制御することにより達成され得る。

並んだ、またはＰＭＤ上に重ねられたいくつかのレンズが、画像におよそ近似し得る。適切にＰＭＤを制御して複数のレンズの作用をエミュレートすることにより、光の伝搬の方向に沿ったどこでも、例えばいくつかの平面において、画像または画像の複数の部分が焦点が合っている状況を生み出し得る。

ＰＭＤを制御してレンズおよび／またはプリズムなどの分離した複数の光学面の組み合わせをエミュレートするのとは反対に、ＰＭＤを制御して、ＰＭＤのエリア全体で連続的に変化する位相調整を提供することにより、より複雑な画像または照明プロファイルが達成され得る。
光源の例示的な配置 光源のタイプ

システムのための光源は例えば、１または複数のレーザ、アーク灯、ＬＥＤ、またさらには太陽であり得る。光源の具体的な特性は、その光源をその他のものより、より望ましいものにし得る。例えば、レーザが、その光線サイズの小ささ、限られた光学的な広がり（これにより非常に高い強度が得られる）、限られたエテンデュ、その狭いスペクトル帯周波数分布（したがって、純粋な色）、その偏光特性、寿命特性、崩壊特性、効率特性、コヒーレンス特性、コリメーション特性が故に広帯域のランプよりも好ましいかもしれない。
位相変調デバイスへ／から光をもたらす例示的な光学系

光は、位相変調デバイス（ＰＭＤ）へ、およびそこから移動させられる必要がある。照明プロファイル、倍率および形状、偏光または周波数などその特性の１またはいくつかが変えられることも望ましいかもしれない。入射光プロファイルをＰＭＤの形状に一致させるのが好ましい場合もある。このことを達成するのに用いられ得る要素またはデバイスの例は限定されないが以下を含む。
１またはいくつかの物理的なレンズから成る光線拡大器
単一の、またはひとまとまりにされた光ファイバ
プリズム
円柱レンズ
マイクロレンズアレイ
格子
拡散器
偏光フィルタ
開口
波長板
統合ロッド
変調器の異なる複数のエリアを照明する異なる複数の光源

ＰＭＤを照明するのにいくつかの光源が用いられる場合、これら別々の光源からの光プロファイルは、ＰＭＤ上に重なり得、部分的に重なり得、または重ならないかもしれない。

ＰＭＤ上で均一な合成光プロファイルを達成することが望ましいかもしれない。その場合、ＰＭＤを均一に照明するよう、統合ロッド、マイクロレンズアレイ、拡散器、または他の光整形デバイスなどの光学素子が含められ得る。

これら光源のうち１または複数の強度は、ＰＭＤ上で所望される合成された光プロファイルを達成するために独立して調整され得る。例として、ＰＭＤの縁よりも中心においてより明るい入射光プロファイルを得ることを望むかもしれない。

代替的に、一定期間にわたってＰＭＤ上の領域に入射する１または複数の光源からの光の総量は、それら光源の強度を調整する代わりに、光源をオン・オフすることにより調整され得る（パルス幅変調。ＰＷＭ）。オフ時間に対するオン時間が、ある期間にわたってＰＭＤに入射する光の全体量を決定する。その期間内のオンパルスの持続時間は変化し得、それらは周期的、非周期的、またはランダムであり得る。合計のオン時間は、観察者により知覚される明度または色により関係があり得る。

パルスＰＷＭアプローチは、入射光源と、この光学システム内の他の要素との間の同期を必要とし得る。
例示的な投射配置

最もシンプルな投射システムは、光源、ＰＭＤを部分的に、または全体的に照明するいずれかの光線整形光学系と、ＰＭＤ上の位相遅延パターンとを備える。

他の実施形態において、複数の光源がＰＭＤを照明し得る。

他の実施形態において、ＰＭＤからの出力光照射野は、例えば振幅変調による更なるリファインのために空間光変調器（ＳＬＭ）上へと中継され得る。

他の実施形態において、ＰＭＤからの出力光照射野は、１または複数の統合ロッド上へと提供され得る。１または複数の統合ロッドのそれぞれは、そこに入射した光の全てを均一な出力へと統合する。この出力は今度は、更なるリファインのためにＳＬＭの異なる複数の領域上へと中継され得る。

いくつかの実施形態において、これらシステム配置の何れかからの出力光照射野を、投射スクリーンまたは面上へと中継するのが望ましいかもしれない。
異なる集束配置

ある一般的な応用において、投射システムが、平坦な、略平坦な、または最大でもわずかに湾曲している面上に画像を形成することが望ましい。他の複数の応用において、１またはいくつかの非平坦面またはスクリーン、例えば湾曲したスクリーンまたはレンガの壁または建物のような粗い面上へと投射することが望ましいかもしれない。他の応用において、人または動物のような動いている物体、陸上の、空中の、水上の、または水面下に沈んで動いている車両上へと投射することを希望するかもしれない。そのような応用は、その動いている物体の同期させられたキャプチャおよび検出を必要とし得る。ある塊内の異なる複数の物体上へと、またはある塊の異なる複数の点へと複数の画像またはパターンを投射することも望ましいかもしれない。例えば、車用ヘッドライトの応用において、近づいてくる停止標識を非常に明るく照明するが、向かってくる車両を低い強度で照明することを希望するかもしれない。

ＰＭＤ上に存在する位相パターンは、異なる複数の深度、または異なる複数の有効焦点距離において焦点が合うようなやり方で配置され得る。対応する光照射野は、ある平面または点において焦点が合う複数の画像または特徴と、他の平面または点において同時に、または時間が遅らされて焦点が合う他の複数の画像または特徴とを含み得る。いくつかの実施形態において、システムはフォーカスフリーであるよう、またはどの距離でも焦点が合うようＰＭＤ上の位相パターンを配置し得る。

これら点または平面の何れかにおける焦点整合も、物理的なレンズではなくＰＭＤ（「動的レンズ」）上の位相パターンを排他的に用いることのみで達成され得る。ＰＭＤ上の動的レンズと物理的なレンズとの組み合わせを用いても達成され得る。物理的なレンズのみを用いても達成され得る。
どのようにカラーで画像化するか

一実施形態において、カラー画像が、適切な割合の、３つの異なるように知覚される色、例えば赤、緑および青の光を、ターゲットの画像のあらゆる位置において混合することにより形成される。例えば、ピクセル化された２Ｄアレイにより記述される画像において、各画素において赤、緑および青が貢献する量は異なり得る。他の実施形態において、４またはより多くの異なるように知覚される色の光が同様の効果を得るために混合され得る。

１つの応用において、異なる複数の色は、同時ではあるが並列で、例えばそれらの原色のそれぞれをそれ自身のＳＬＭまたはＰＭＤ上へと照らし、その後、色再合成器、例えばダイクロイックミラーから成るキューブ（いわゆる「Ｘキューブ」）を用いてそれら異なる色を再合成することにより供給され得る。他の応用において、３つ（またはより多くの）光源が１つのＰＭＤの異なる複数のエリアを照明し得る。（複数の）ＰＭＤの誘導能力が理由となり、これら３つ（またはより多くの）領域は、（複数の）ＰＭＤ上に適切な位相パターンを適用することにより光学システムの下流で合成され得る。異なるように色が与えられた領域のための複数の位相パターンは、それが合成されたときにターゲットの画像に可能な限り近いカラー画像を形成することを確実にするために、個別に決定されるであろう。

他の応用において、ビデオの各フレームがその別々のカラーチャネル、例えば赤、緑および青へと分割される。異なるように色が与えられた光源は、１つの画像形成デバイス（ＰＭＤ、または従来の振幅変調ＳＬＭなど）を順に照明し得る（いわゆる時間多重化）。これらある順序のカラーフィールドは、結果として得られるカラー画像を人間の視覚システムが色割れまたはフリッカーなしで知覚するよう連続して速く提示されることが望ましい。例は、２４Ｈｚの有効フレームレートまたは１秒当たり２４フレームのために、７２分の１秒の間、ビデオシーケンスの第１画像のための赤のカラーフィールドを提示し、それに続いて、次の７２分の１秒の間、第１画像のための緑のカラーフィールドを提示し、それに続いて、３番目の７２分の１秒の間、第１画像のための青のカラーフィールドを提示するということである。この処理はその後、ビデオまたは画像シーケンスの後続のフレームに関して繰り返される。

一実施形態において、時間多重化は、次のやり方で光線誘導と組み合わせられ得る。３原色画像化システム（例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢ）の場合、それら３つの色のそれぞれは、異なる複数の量で時間多重化され得、表示スクリーン上へ、Ｒ、Ｇ、およびＢの強度が統合された異なる量を提供し得る。例えば、１つのフレーム持続時間全体のうち、赤のカラーフィールドのオン時間は、緑のカラーフィールドのオン時間よりも合計フレーム持続時間のかなり大きな部分であり得る。このことは、より多くの原色光源に拡張され得る。

他の実施形態において、異なる複数の色は、カラーチャネルごとに１つのイメージングデバイスから同時に提供され得る。各カラーチャネルを独立して薄暗くさせることは、各カラーチャネルを多重化することにより達成され得る。

他の応用において、広帯域光、またはいくつかの組み合わせられた狭帯域光源が、回折格子またはプリズム（静的な偏光のために）、またはＰＭＤ（動的な偏光のために）を用いて別々に分割され得る。色に関して分割された光は（第２の）ＰＭＤ上へと中継され得、そこで、色のいくつかの帯が、表示スクリーンにおける最終的なカラー画像を形成するために独立して処理され得る。

上記の応用のうち１または全てにおいて、複数の統合ロッドを用いて、更なる処理の前に、異なる複数の領域の強度プロファイルをより均一にするかもしれない。
制御の種類
制御システムハードウェアの例

制御システムハードウェアは、データプロセッサと、連続する光照射野（「ターゲットの画像」）を表すコンピュータ可読データとを備え得る。いくつかの実施形態において、データをリアルタイムで処理することが好ましいかもしれず、他の複数の実施形態において、データは、事前処理され、コンピュータ可読媒体に格納され得る。いくつかの応用において、データ処理は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路、または汎用の、場合によってはＣＰＵ最適化された、または場合によってはＧＰＵ最適化されたコンピュータ上で実行され得る。

非常に幅広い範囲の出力光照射野の何れかを生成するようＰＭＤが制御され得る。何のデータを用いてＰＭＤを駆動して具体的な所望される出力光照射野をもたらすかを決定することは複数のやり方で行われ得る。より計算量が多いがより正確な態様において、光学システム（ＰＭＤを含む）全体により提供される逆変換の数理モデルを適用して所望される出力光照射野から開始し、その所望される出力光照射野に対応するＰＭＤ画素設定を計算し得る。計算集約性がより低いが正確性がより低い態様は、ＰＭＤによりエミュレートされ得る１または複数の光学素子（レンズ、プリズムなど）に関する複数のパラメータと設定して、ターゲットの光パターンに近似する出力光パターンをもたらすことを含む。それらパラメータは例えば、サイズ、位置、および光学強度を含み得る。

一実施形態において、この画像化システムの特定の光学レイアウトおよびこのシステムの一致するモデルがあれば、それに適用される光が、表示スクリーン上の、コンテンツデバイスにより提供される（例えば、ＴＶネットワーク、ＤＶＤ、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（登録商標）ディスクからの、またはストリーミングインターネットソースからの）所望される光照射野（「ターゲットの画像」）と非常に厳密に一致する画像と結果としてなるよう、ＰＭＤ上の適用される位相パターンが決定される。そのような位相パターンは、完了基準が満たされるまで現在の解とターゲットの画像との間の差が反復して最小化される反復最適化アプローチにより達成され得る。

他の実施形態において、ＰＭＤ上の適用される位相パターンは、ＰＭＤから出力される結果として得られる光照射野が、ターゲットの画像またはターゲットの光照射野に部分的にのみ一致するように決定される。例として、ターゲットの画像の近似は、一式の特徴パラメータによりそれぞれが記述される同様の、または同様ではない複数の特徴を足し合わせることにより形成され得る。それら特徴は例えば、異なる複数の位置において配置された、それぞれ異なる振幅およびそれぞれ異なる半値全幅の一式のガウス強度プロファイルであり得る。この結果として、ターゲットの画像のローパスフィルタリングされた、またはぼやけさせられたバージョンが得られ得るが、また、より低い計算コストで実行され得る。本実施形態において、「リファインステージ」が必要とされ得、このシステムの出力光照射野は、例えば第２の振幅変調空間光変調器または他のＰＭＤ上へと中継され得る。この状況においてリファインステージの目的は、ターゲットの画像または光照射野のより精細な詳細を保存することであろう。

他の実施形態において、画像の複数の領域または部分を拡大縮小および移動させるためにＰＭＤ上でレンズおよびプリズムなどの基本的な物理光学系デバイスをエミュレートし得る。特定の入力された光強度プロファイルの拡大縮小は、ＰＭＤ上でレンズをエミュレートすることにより得られ得る。このレンズは、円形または２次元円柱形の対称性を有し得る。特定の入力された光強度プロファイルを移動させることは、ＰＭＤでプリズムをエミュレートすること、例えば、ＰＭＤに亘って位相遅延を徐々に変化させることにより達成され得る。レンズはシンプルにその曲率によって記述され得、プリズムは、光学軸に対するその傾きによって記述され得る。レンズ上へ均一な光分布を適用した結果、その焦点が合わせられ、またはその焦点が合わせられない。表示スクリーンが当該レンズの焦点距離において正確に位置合わせされなかった場合、レンズが円形対称性を有していれば均一な光の円形形状が生成され、レンズが円柱形状を有していれば長方形が生成させる。

いくつかの実施形態において、画像の領域を同時に拡大縮小および移動させることを希望するかもしれない。このことは、レンズおよびプリズムに関するエミュレートされた複数のパターンを重ねることにより達成され得る。

ＰＭＤが提供出来ない量の位相差を所望されるレンズまたはプリズムが必要とするならば、所望される値から２πの整数倍が減算されるフレネル型アプローチを利用し得る。例えば、「π」の位相差は、５πの位相差値がＰＭＤの光誘導能力に対して有し得るのと同じ効果を有し得る。同等な数学関数は比率であり得る。本例において、比率（５π，２π）＝πである。
エリアの決定の仕方

一実施形態において、光再分配スキームは、光再分配器に入る光のうち１または複数の領域が光再分配器を出る光の他の複数の領域にどのようにマッピングされ得るかを決定する方法を記述する。例として、同スキームは、１０×１０画素領域に入射する光が、３０×５画素領域にどのように方向変更され得るか、場合によっては、画像の他の部分にどのように移動され得るかを記述し得る。この特定の例において、入射光は１００画素（１０×１０）のみを照明していたが、マッピングの後には１５０画素（３０×５）を照明する。本例における照明されるエリアは５０％増えているので、結果として得られる強度は３分の１に減っている。光再分配スキームは、特定の領域がどのようにマッピングされるかに至るためにターゲットの画像を解析し得る。

他の実施形態において、等しくサイズ決めされた複数の領域は同じ数の領域にマッピングされるが、これら領域は全て異なるサイズであり得る。そのようなアプローチは、ターゲットの画像または光照射野の低解像度バージョンを生成するのに利用され得る。画像の高解像度部分はここで、下流の変調または「リファイン」ステージにおいて、例えば振幅変調ＳＬＭにより復元される必要があろう。

いくつかの実施形態において、画像の等しくサイズ決めされた領域に適用される拡大縮小およびシフトの量は、直接的または間接的なやり方で、その領域のターゲットの画像または光照射野により必要とされる光の全体的な強度に相関する。

他の複数の実施形態において、ターゲットの画像は解析され、異なるようにサイズ決めされた複数の領域が、等しくサイズ決めされた同じ数の領域にマッピングされる。このアプローチの出力は、各領域のサイズおよび形状に一致する複数の統合ロッドのアレイに入射し得る。

他の実施形態において、異なるようにサイズ決めされたエリアは、他の一式の異なるようにサイズ決めされたエリアにマッピングされ得る。

他の実施形態において、ある数の領域が、異なる数の領域にマッピングされ得る。

いくつかの実施形態において、２つまたはそれより多くの領域間の照明のギャップを回避し、したがって、２つの領域間のそのギャップの輝度または明度を誤って減少させるまたは増大させることを回避するように、入力側の隣接する複数の領域が出力側において依然として隣接していることを確実にすることが望ましいかもしれない。例として、１つの領域が隣接する領域から離れるように移動させられることを光分配スキームが規定する場合、それと共に、その隣接する領域が、純粋な移動と、拡大縮小と、これら２つの組み合わせとのうち何れかにより移動させられることも光分配スキームは規定すべきである。

例示的な実施形態において、ＰＭＤ上の複数のエリアのそれぞれに入射する光は、ＰＭＤのそのエリアにレンズ、プリズムまたはこれらの組み合わせをエミュレートさせることにより拡大縮小および／または移動させられる。出力光照射野は拡大縮小／移動させられた光から成る。

いくつかの実施形態は、画像または光照射野の１つのエリアからの光を、画像または光照射野の異なるエリア、または複数の異なるエリアへ選択的に方向付けるよう動作させられ得る複数の光学スイッチを含み得る。いくつかの実施形態において、そのような複数の光学スイッチは、ＰＭＤを補足し、またはＰＭＤに置き換わり得る。例えば、複数の光学スイッチが、光源からの光を複数の統合ロッドまたは光学ファイバのうち１つに選択的に方向付けるよう適用され得る。複数の統合ロッドまたは光学ファイバ内で伝えられる光の強度は、どの統合ロッドまたは光学ファイバがどの光源からの光を伝えるかを変える複数の光学スイッチを設定することにより調整され得る。

他の実施形態においては、１または複数の走査レーザを用いて、所望される光照射野が提供される。例えば、レーザ光線がエリアに亘って速やかに走査され得、それを見た人は、エリア全体が等しい強度で照明された印象を受けることになり得る。レーザ光線がスポットである場合、２またはそれより多くの軸の走査が実行され得る。レーザ光線が線形状を有する場合、１またはより多くの軸の走査が実行され得る。光線は、例えばモータの付いた集束レンズを用いることにより広げられ得る。画像の様々な領域の出力密度または光強度は、例えば走査速度、走査されるエリアのサイズ、または走査パターンの密度のうち１または複数を変化させることにより制御され得る。
応用クラス：ディスプレイ、投射、照明

応用のいくつかのクラスは、本明細書に記載されているアプローチを応用し得る。限定されるわけではないがこれら応用クラスは、プロジェクタおよびスクリーンを利用して投射スクリーン上に画像を形成する光プロジェクタ、テレビおよび制御モニタなどのディスプレイ、スマートランプおよびライティングなどの一般的な照明デバイスを含む。全ての応用に共通しているのは、効率的に物体を照明する、または画像を形成することが望ましいということである。いくつかの応用は静的であるかもしれないが、その他は、形成される光パターンを動的に変え得る。
ディスプレイ

ディスプレイは、照明されることになる面に固定して取り付けられるプロジェクタを含み得る。プロジェクタは、反射性の、または部分反射性の面を前面から照明することにより面上に画像を形成するようなやり方で制御され得る。透過性の、または部分透過性の面上へ後面から後方投射することにより画像を形成するよう制御されることも可能である。追加の光学系が、スクリーンとプロジェクタとの間の距離および角度を変化させることを可能とするよう用いられ得、例えば、光路を折り畳み、プロジェクタをスクリーンの非常に近くに配置するのに折り畳みミラーが用いられ得る。画像を拡大し、その焦点を合わせ、および／またはそれを歪ませて、寸法、曲率、および面特性などの投射スクリーンの特性に合わせるのに複数のレンズが用いられ得る。
ディスプレイ−ＴＶ

そのようなディスプレイの例示的な使用ケースは、テレビおよび他のディスプレイに置き換わるシステムを含む。例えば、プロジェクタとスクリーンとの非常に近い配置を可能とする光学系を用いて、光効率性照明具が格納可能な、または固定されたスクリーンに取り付けられ得る。システム全体が、ＴＶのように壁に取り付けられ得る。光効率性照明具は、スクリーンに対して底部において、またはスクリーンに対して頂部において取り付けられ得る。スクリーンは、可撓性である、格納可能である、または硬いものであるかもしれない。スクリーンは、天井または壁などの建物構造に組み込まれてもよい。
ディスプレイ−広告板

広告板のディスプレイ、デジタルおよび静的な標識、並びに広告ディスプレイが、本願発明を応用し得る他の例示的なディスプレイシステムである。広告板の例は、高速道路の路肩で連続する広告パターンを表示するのに用いられるデジタルディスプレイである。そのようなディスプレイの視角は、光の全て、または殆どが、近づいてくる交通の方向に反射させられ、他の方向には反射させられないようなやり方で最適化され得る。デジタルコンテンツを表示するよう既存の紙ベースの広告板に置き換わる、またはそれをアップグレードするシステムが望ましいかもしれない。
ディスプレイ−飛行シミュレータ

本願発明を応用し得るディスプレイシステムの他の例は、航空パイロットの地上でのフライト訓練のために用いられる飛行シミュレータである。そのような応用において、平坦な、または湾曲したスクリーン上に効率的な画像形成を達成すること、または平面上ではなくある塊上に焦点が合った特徴を表示することが望ましいかもしれない。
投射システム

投射システムは、プロジェクタとスクリーンとを含み得、それらは、プロジェクタがスクリーン上に画像を形成するよう整列させられ得る。スクリーンは、平坦であり得るか、湾曲したもので得るか、または任意の形状であり得る。スクリーンは、ランバート反射プロファイルまたは幾分指向性を有する反射プロファイルなどの特定の反射特性を有し得る。スクリーンは、透明であり得るか、または部分的に透明であるかもしれない。空気または他の媒質が通れるような穴が形成されていてもよい。
投射システム：映画館およびホームシネマ

本願発明を応用し得る投射システムの例は、観客の上方および後方に取り付けられたプロジェクタが平坦な、または湾曲した大きな前方の投射スクリーン上に画像を形成するシネマプロジェクタである。そのようなシステムにおいて、画像のいくつかまたは全ての部分に関して非常に高いピーク明度レベル（輝度）を達成することが望ましいかもしれない。高いピーク明度の例は、４８ｃｄ／ｍ^２より高いレベルであるかもしれない。高いピーク明度の他の例は、２００ｃｄ／ｍ^２より高いレベルであるかもしれない。非常に高いピーク明度の他の例は、１０００〜１００００ｃｄ／ｍ^２であるかもしれない。概して、高いピーク明度は、ビューイング環境において見る人が順応するかもしれないレベルよりもかなり明るい。そのようなシステムにおいて、高いコントラストレベル（明るい特徴と比較して暗い）を達成することも望ましいかもしれない。そのようなコントラストレベルを順次、または同時に達成することが望ましいかもしれない。そのようなシステムにおいて、非常に純粋な色を達成することも望ましいかもしれない。

必要条件が同様であるシステムの例は、非公共空間において用いる、およびより少ない観客のためのホームシアタープロジェクタである。
投射システム：プラネタリウム

本願発明を応用し得る投射システムの他の例は、プラネタリウムにおけるプロジェクタである。そのようなシステムの望ましい特性は、システムが、暗いまたはほの暗いシーン（夜空）全体における星などの非常に小さく、かつ非常に明るいハイライト部分を生成するということであるかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、黒レベルが純粋な黒色に近い、またはそれと等しいということであるかもしれない。このことが意味するのは、シーンの暗いエリアにおいて光が全く存在しない、または殆ど存在しないということである。そのようなシステム他の特性は、画像の焦点が、プラネタリウム内のドームなどの非平坦面上に合っているということであるかもしれない。
投射システム：ポータブルおよびパーソナルプロジェクション（軍、モバイル等）。

本願発明を応用し得る投射システムの他の例は、ポータブル、モバイル、またはパーソナルプロジェクタである。そのようなシステムの望ましい１つの特性は、サイズが小さい、および／または重さが軽いということであるかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、使う電力が少ない、および／または効率的なシステムであるということであるかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、バッテリーパックまたは燃料電池または他のタイプの小さい発電機などのポータブルな電源によって動作させられ得ることであるかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、よく制御された環境を必要しないということ、例えば、太陽光の下など、明るい環境においてはっきりと読み取り可能である画像を形成し得ることであるかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、システムの設定が簡単であるということであり、このことは、システムがほぼ瞬間的に電源が入るということ、非平坦面上に焦点を合わせるということ、または、較正された投射スクリーンが存在していなくとも画像の歪みをなくすことを含むかもしれない。そのようなシステムの他の例は、物理的な物体上に、情報、例えば、修理を必要とする機械内の部品の位置および指示を重ねる。
投射システム：ヘッドアップディスプレイ

本願発明を応用し得る投射システムの他の例はヘッドアップディスプレイであり、ユーザの視野内、例えば車のフロントガラス上に、または飛行機の窓上に追加の情報を提示するディスプレイである。そのようなシステムにおいて、多くのビューイング環境においてはっきりと見える画像を形成出来ることが望ましい。例えば、そのようなシステムの望ましい特性は、夜間に運転しているときに明る過ぎ（目をくらませ）ないが、日中に見えるよう十分に明るいということであるかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、非平坦面上で焦点が合うということであるかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、システムによって投射される画像が重なっている視野に、画像投射に関連する乱れ（例えば、高い黒レベル）が干渉しないよう、同画像の品質が高くあり得るということであるかもしれない。
投射システム：建築に関連する、構造化された照明および大会場のショー

本願発明を応用し得る投射システムの他の例は、芸術的なライトアップショーの一部として、建物上に、または異なる構造体上に画像を形成するプロジェクタである。他の例は、スタジアムのフロアおよび／または天井への投射である。そのようなシステムにおいて、周囲の光レベルよりもかなり明るく、したがって、目立つ非常に明るいハイライト部分を形成可能であることが望ましいかもしれない。そのシステムが非常に効率的であって、設置コストを下げ、設定時間を短縮し、冷却に関する必要条件を緩和することも望ましいかもしれない。そのようなシステムが、画像または光照射野の複数の部分の焦点を、ある塊内の異なる複数の平面または物体上へ動的に合わせられることも望ましいかもしれない。
照明およびライティング

本願発明を応用し得る照明およびライティングシステムは、静的に、または動的にある物体を照明し、他の物体を照明しないことが望ましい応用において用いられ得る。いくつかの応用において、シーン全体を、またはシーンの複数の部分のみを同時に照明する能力を有する照明システムを用いることが望ましいかもしれない。そのようなシステムの他の所望される特性は、照明システムが、照明されることになる物体のスペクトル反射特性に厳密に、またはおよそ似ているということであるかもしれない。いくつかの応用において、照明されることになるシーンは最初に、カメラまたは他のイメージングデバイスにより解析されるかもしれない。
照明およびライティング：自動車

本願発明を応用し得るシステムの例は、動的な、またはスマートな自動車ヘッドライトである。近づいてくる道路標識および道路そのものを明るく照明し、同時に、近づいてくる交通を見えなくしてしまわないことが望ましいかもしれない。前方の道路を効率的に照明することも望ましいかもしれない。そのようなシステムは、前方の景色を解析するカメラと協働し得、ターゲットの光プロファイルを照明システムに提供し得る。そのようなシステムの他の所望される特性は、照明システムが、照明されることになる物体のスペクトル反射特性に厳密に、またはおよそ似ているということであるかもしれない。
照明およびライティング：劇場のライティング

本願発明に基づく照明システム他の例は、劇場のスポットライトである。一般的にそのようなスポットライトは、例えば劇場のステージ上の俳優を追うようにマニュアルで、または自動的に動かされ得る明るいスポットを生成する。そのようなシステムを、ステージ全体を照明し得、局所的なスポットライトを動的に生成し得る照明システムと置き換えることが望ましいかもしれない。そのようなシステムの望ましい特性は、シーン内の１または複数の物体を効率的に照明することであるかもしれない。一般的なデータプロジェクタが大きなシーンを照明し得るシステムの例であるが、一部のシーンまたは物体のみを照明するときに非常に効率的ではない。なぜならば、照明が必要とされていない領域において光がブロックされるからである。本願発明に基づくシステムは、効率的な代替的システムを提供し得る。そのようなシステムの他の所望される特性は、照明システムから異なる複数の距離にある物体上に光の焦点を合わせる能力であるかもしれない。

レーザ光源などのいくつかの光源は、いくつかの実施形態において、望ましい特性であるコヒーレント光を生成し得る。しかし、最終的なシステムの出力光照射野の明度に関する必要条件に応じて、光モジュール内部のいくつかの独立した光源、または、ＬＥＤまたは広帯域ランプなどの異なるタイプの光源を必要とするかもしれない。このことの結果として、非コヒーレント光プロファイルが、動的に行先指定可能な光再分配器上に当たることになるかもしれない。

図７は、コヒーレント光を必要としないシステムの例を示す。光モジュール７０４からの出力は、例えば２つの集束レンズ７０１および７０２を備える光学モジュール７００を例えば用い、整形され、動的に行先指定可能な光再分配器７０３上へと中継される。この目的は、投射スクリーンであるかもしれない平面７０５に画像を形成することであり得る。動的に行先指定可能な光再分配器７０３は、例えば、事前決定された位相パターンにより、７０５において所望される光照射野を生成するよう構成され得る。

いくつかの実施形態において、動的に行先指定可能な集束要素を含む利用可能な光学系が達成し得るより高い均一性で出力光照射野が必要とされるかもしれない。この場合、光照射野のうち１または複数のサブセクションにおける強度プロファイルを均質化するよう追加の光学系（統合ロッド、統合チャンバ、光ファイバ等）が提供され得る。システムにより、（コヒーレント光または非コヒーレント光を用いるアプローチによって）最初の荒い光照射野が生成され、そのような追加の光学系の入力ポートに提供され得る。

図８は、複数の光源が動的に行先指定可能な集束要素８０１を照明するよう配置されている例示的なケースを示す。動的に行先指定可能な集束要素を駆動する光再分配スキームは、動的に行先指定可能な集束要素に、最初の光照射野を複数の統合ロッドのアレイ上へと分配させる。統合ロッドのアレイの出力光照射野は、各統合ロッドの入力ポートにおいて存在する合計の光を統合ロッドの断面積で除算して得られたものと少なくともおよそ等しい強度を有する均一な長方形の複数のフィールドから成る。

実例を示すことを目的として、動的に行先指定可能な集束要素８０１は、２つの等しくサイズ決めされた領域Ｒ１およびＲ２に細分化されている。８１０、８２０、および８３０は、この光学システムの様々なステージにおける例示的な光プロファイルの実例を示す。８１０は、ＬＳ１からＬＳ４の光プロファイル８１１、８１２、８１３および８１４を描写している。８１１および８１２は、Ｒ１に入射し、８１３および８１４はＲ２に入射する。領域Ｒ１は統合ロッドＩＲ１上に存在し得、領域Ｒ２は統合ロッドＩＲ２に存在し得る。動的に行先指定可能な集束要素８０１は入射光を再分配する。

本例において、ＬＳ２からの光はＬＳ３およびＬＳ４からの光と共に統合ロッドＩＲ２へと再分配される。ＬＳ１からの光は統合ロッドＩＲ１上に存在する。８２０は、ＩＲ１およびＩＲ２に入射する光プロファイルを描写している。８２１はＩＲ１上に存在し、ＬＳ１から発せられたものである。８２２はＩＲ２上に存在し、ＬＳ２およびＬＳ３から発せられたものである。８２３はＩＲ２上に存在し、ＬＳ４から発せられたものである。８３０は、統合ロッドのアレイからの出力光プロファイルを示しており、ここで８３１は、ＩＲ１からの出力を示し、８３２はＩＲ２からの出力を示している。

図９は、システムプロセッサで実行されることになるプログラムの例示的なフレームワークを描写する。その目的は、動的に行先指定可能な集束要素上へと宛てられたたときに入力照明プロファイルとシステム光学系との組み合わせで、ターゲットの光照射野と厳密に一致する出力光プロファイルを生じさせる光再分配スキーム（例えば、複数の位相差値の２Ｄアレイの形態で）を計算することである。

図９は、順モデルおよびその逆に基づく最小化または最適化アプローチを用いて解を見つける反復方法の実例を示す。本例は、順モデルおよびその逆に基づく最小化または最適化アプローチを用いて解を見つける反復方法「オプティマイザー」を示している。光再分配スキームの最初の予測および正則化項が、より少ない反復で適した解に向けて収束するよう利用されてもよい。システム制限も供給され得る。プログラムが停止し、光再分配スキームの形態の現在の解を出力するときを、終了メトリック、例えば、最大回数の反復、剰余、または知覚メトリックが決定する。

代替的な複数の実施形態において、現在の解がＰＭＤを駆動するのに適用されてもよいことを、メトリックが決定し得る。このことが起こった後、プログラムは、より良好な解を見つけ出すよう反復し続け得る。より良好な解が得られたとき、それらがＰＭＤを駆動するのに適用され得る。例示的な実施形態において、設定された回数の反復（例えば、３、４、１０、少ない反復）の後、コンピュータ／アルゴリズムがより良好な解を計算し続けている間、現時点で最良の位相パターン解が、ＰＭＤに適用され得る。あと数回の反復の後、新たな（そしてより良好な）解が利用可能であり得、ＰＭＤ上で行先指定され得る。この全てが、ビデオのフレームの何分の１かのうちに起こり得る。

一対の順モデルおよびその逆のモデルの例は、２次元フーリエ変換および２次元逆フーリエ変換である。これらは、レンズを通過するコヒーレントなコリメート光線に関して近似モデルとして用いられ得る。

他の例において、順モデルは、光により照明されたときのＰＭＤ上の隣接し合う領域の位相または光路長の差により引き起こされる偏光の量、および結果として得られる強度プロファイルを記述し得る。正確に逆のシステムモデルは存在しないかもしれないが、反復最適化アプローチが、ＰＭＤ上で行先指定されることになる位相パターンの近似解を求めるのに用いられ得る。

図１０は、システムプロセッサで実行され得るプログラムの他の例示的なフレームワークを描写する。その目的は、動的に行先指定可能な集束要素上へと宛てられたときに入力照明プロファイルとシステム光学系との組み合わせで、ターゲットの光照射野、または所望されるターゲットの出力光照射野を生成するのに更なる光学的または他の処理を必要とし得る出力光照射野と厳密に一致する出力光プロファイルを生じさせる光再分配スキーム（例えば、複数の位相差値の２Ｄアレイの形態で）を計算することである。

図１０の方法は、共に足し合わされ得る複数の構成要素である光照射野を用いて完全なターゲットの光照射野の近似を生成する。そのような構成要素の例は、長方形に整形された均一な光照射野またはガウス光照射野であり得る。

本例は仮想光学素子などの一式の特徴（例えば、それらの形状、サイズ、およびＰＭＤ上の位置、並びに、事前に計算され得るか、または関数形式で提供され得る、結果として得られる光照射野により記述される、並びにプログラムにより変化させられ得るパラメータの記述）を利用出来る手順型アプローチ（非反復的）を示す。そのような各特徴は、ＰＭＤに適用されたとき、関連する出力構成要素光照射野を結果として生じさせる。光照射野解析器は、そのような複数の特徴、特に、結果として得られる複数の出力光照射野を複数のターゲットの光照射野と比較し、複数の特徴に関する一式の特徴パラメータを決定する。これらは、パターン構築ブロックにおいて最終的な光再分配スキームとなるよう組み合わせられる。

例として、１つの仮想光学素子が、その出力としてガウス強度プロファイルを生成し得る。ピーク強度および半値全幅は、その仮想光学素子がＰＭＤ上に形成されるときに直接的に記述され得る。重ねられた一式のそのようなガウスは、表示スクリーン上に中継されたときにターゲットの光照射野に似ているかもしれない。

図１１は、用いられ得る光学系および光照射野の３つの例を示す。ここで、コヒーレント光が動的に行先指定可能な集束要素上に存在し、２次元フーリエ変換により記述され得るものなどシステム伝達関数（順モデル）が所望される。例ａ）は、動的に行先指定可能な集束要素上に存在するコヒーレントな、コリメート光を用いる。動的に行先指定可能な集束要素の後には光の焦点を合わせる視野レンズが続く。例ｂ）は、同様の結果を達成する。しかし、視野レンズは所望される光再分配スキームが重ねられ得る経路長変化パターンとして表されている。例ｃ）は、わずかに集束する光線を利用して同様の結果を提供する。

３つの実施例全てに共通しているのは、光モジュール１１０１からのコヒーレントまたは部分コヒーレント光が、拡大および光線整形光学系１１０２を用いて拡大され、その光がＰＭＤ１１０５に入射するということである。１１０２は、２つまたはそれより多くの集束要素１１０３および１１０４を備え得る。１１１０において、１１０５に入射する光がコリメートされる。１１０５が位相を変えない、またはデバイスに亘って均一に位相を変える場合、１１０５からの出力光の焦点は集束レンズ１１０６により１１０７上へ合わせられる。

１１２０において、１１０５に入射する光がコリメートされる。１１０５上の位相差パターンがレンズまたはその近似に似ている場合、１１０５からの出力光の焦点は１１０７上へと合わせられる。

１１３０において、１１０５が位相を変えない、またはデバイスに亘って均一に位相を変える場合、１１０５に入射する光はコリメートされないが、１１０７においてその焦点が合うよう集束する。

３つの実施例全てにおいて、１１０５は、１１０７において、例えば投射スクリーンにおいて所望されるターゲットの光照射野の近似を生成するようなやり方で構成される。

図１２は、２つのレーザ光線または他の複数の光線が集合的にエリアを走査する可変走査光学系の例を示す。このスキームは、任意の適した数の光線に拡張され得る。各光線は、エリア内の領域を走査する。複数の被走査領域の複数のサイズを異ならせることにより、各領域内の輝度が変化させられ得る。複数の被走査領域の複数の寸法が変えられ得、例えば、被走査領域は長方形であり得、複数の被走査領域の複数の長さおよび複数の幅が変えられ得、これにより複数の被走査領域の複数の面積が異ならせ得る。被走査領域のサイズおよび／または形状が変えられるとき走査速度およびパターンは一定のままであり得、または異ならせられ得る。例えば、走査速度は被走査領域がより小さいときに下げられ得、被走査領域がより大きいときに上げられ得る。

図１２に実例が示されている例示的な実施例において、例えば、複数の光線が異なる複数のエリアに亘って走査されることを可能とする誘導可能なＭＥＭＳミラーと共に、レーザＬＳ１およびＬＳ２などの複数の光源が用いられる。本例において、ＬＳ１はエリア１を照明し、ＬＳ２はエリア２を照明する。合わせて、ＬＳ１およびＬＳ２は画像化エリア１２０１全体を照明する。

ＬＳ１は、エリア１全体を光線１２０３で走査する２軸走査ミラー１２０４に入射する光線を提供する。ＬＳ２は、エリア２全体を光線１２０２で走査する２軸走査ミラー１２０５に入射する光線を提供する。光線１２０３および１２０２は、線単位の方式で、または任意の他の所望される経路でそれぞれのエリア全体を走査させられ得る。本例において、エリア１はエリア２とは異なるサイズである。したがって、１２０２の走査速度は、１２０３がエリア１を走査するのに必要であるのと同じ時間でエリア２全体を走査するために速められてもよい。ＬＳ１およびＬＳ２は同じかまたは同様の強度であるものとすると、結果として得られるエリア１の平均強度はエリア２のものより高いかもしれない。同様の効果を達成するよう、他の複数の走査パターン、走査速度、パターン密度、光源変調または強度が利用され得る。

いくつかの実施形態において、画像データプロセッサが画像を複数の等しいエリアセクションに分割し、各セクションは、個々の複数のエリアの複数の必要条件に従った変調された振幅をそれぞれが有する１つの光源により照明される。

いくつかの実施形態において、照明は、そのサブセクション全体を網羅する均一なフィールドの形態である。いくつかの実施形態において、複数の画像セクションは、画像内の存在する複数の周波数（複数の色）のうち１または複数の光エネルギーが等しくサイズが異なる複数のエリアを含み、各サブセクションおよび周波数は、異なる複数のピーク振幅に到達し得る。

いくつかの実施形態において、照明は、例えばレーザと、回転式の２軸ミラー上に取り付けられたミラーを用いてスクリーンのそのサブセクションに亘って走査されるスポット光源の形態である。

いくつかの実施形態において、照明は、例えばレーザと、回転式の１軸ミラー上に取り付けられたミラーを用いてスクリーンのそのサブセクションに亘って走査される線光源の形態である。

いくつかの実施形態において、各画像サブセクションは、結果として得られる画像が入力された画像データに従っていることを確実とする画像データプロセッサによりそれぞれが生成される連続するランダムな照明パターンにより照明される。

いくつかの実施形態において、投射システムは、画像において存在する複数の周波数（複数の色）のうち１または複数の光エネルギーが等しい、異なるようにサイズ決めされた複数のエリアを含む。各サブセクションは、例えばＳＬＭによる空間光振幅変調を受ける。

いくつかの実施形態において、投射システムは、画像における存在する複数の周波数（複数の色）のうち１または複数の光エネルギーが等しい、異なるようにサイズ決めされたエリアを含む。各サブセクション内で、走査が可変速度で、一定の強度で行われ、サブセクションは強度が変化するように知覚される。各サブセクション内で可変である複数の速度で走査されつつも各サブセクションが、同じ時間でサブセクション全体まで完了出来るようコントローラが構成され得る。

いくつかの実施形態において、必要な走査速度は速く、モータの付いたミラーの代わりに、音響光学変調器または音響光学偏向器などの回折動的要素が、用いられる光の走査に適用される。

図１３は、図１２に描写されている実施例の代替である例示的な可変レーザ走査光学系を示す。図１３において、各光源は、走査光線としてではなく光線整形および拡大光学系を用い拡大された完全なフィールドとしてそれぞれのエリア上へと中継される。

光線ＬＳ１は、非対称的な光線拡大器ＡＢＥ１を用いて整形および拡大される。拡大された光プロファイルはその後、２軸走査ミラー１３０２を用いて画像のエリア１上へと誘導される。
同様に、光線ＬＳ２は、非対称的な光線拡大器ＡＢＥ２」を用いて整形および拡大される。拡大された光プロファイルはその後、２軸走査ミラー１３０１を用いて画像のエリア２上へと誘導される。

非対称的な光線拡大器ＡＢＥ２は、１３１０および１３２０において説明される。１３１０は、円柱レンズ１３１１および１３１２を用い、入射する光線が２つの互いに垂直な方向に異なる複数の量だけどのように拡大されるかを示す。そのデフォルトの構成において、集束されたスポットの形態であり得る入力光線プロファイルは、四角であり均一な強度光線の出力光プロファイルを結果として生じさせるであろう。長方形の形状が求められる場合、円柱レンズ１３１１または１３１２のうち１つまたは両方が、このシステムの光学軸に沿って例えばモータにより動かされ得る。１３１１を動かすことにより、四角形１３２１が形状１３２２へと変わる。同様に、１３１２を動かすことにより、四角形１３２３が形状１３２４へと変わる。レンズ１３１１および１３１２の両方が動かされた場合、出力光プロファイルは１３２５に描写されているようになり得る。個々の光線を整形することに加えて、ＡＢＥ１およびＡＢＥ２からの出力光プロファイルは、１３００および１３０３からのそれらの合成された照明が完全な画像を埋めるように１３０１および１３０２により誘導され得る。

図１４は、第１エリアからの光を取り除き、その光を第２エリアに方向付ける複数の光学スイッチの例示的な応用を示す。結果として、第１エリアはより薄暗くなり、第２エリアはより明るくなる。

図１４において、複数の光源ＬＳ１からＬＳｎは、例えば光ファイバを介して複数の入力ポート１４００のアレイ上へと入力光線を提供する。各入力ポートからの光は、光を誘導する１４０５などの１または複数の要素を含むデバイス１４０３上に存在する。１４０５は、例えば２軸の制御可能なミラーであり得る。この光はさらに、複数の出力ポートの出力アレイへ向けて光を誘導する１４０６などの１または複数の要素を備える第２のデバイス１４０４から出るように中継され得る。一実施形態において、複数の光源により提供される入力光線はコリメートされ、出力ポート１４０１においてコリメートされたままである。

図１５は、複数の光学スイッチと、統合ロッドＩＲ１，...ＩＲｎのアレイなどのクリーンアップモジュールとを用いる光効率性照明具１５１０の実施例を描写している。複数の光源ＬＳ１からＬＳｎが、例えば光ファイバを介して、複数の入力ポート１５００のアレイ上へと複数の入力光線を提供する。これら光線はさらに、クリーンアップモジュール、例えば統合ロッドＩＲ１からＩＲｎのアレイ上へと方向付けられる。本例において、ＬＳ１およびＬＳ２がＩＲ１に入射し、ＬＳ３およびＬＳ４がＩＲ２に入射する、などである。１５１１は、ＩＲ１およびＩＲ２上の入射光プロファイルを示す。１５１３は、ＬＳ１から発せられた光である。１５１４は、ＬＳ２から発せられた光である。１５１５は、ＬＳ３から発せられた光である。１５１５は、ＬＳ４から発せられた光である。このシステムに存在する残りの複数の統合ロッドは、同様のやり方で説明され得る。１５１２は、統合ロッドＩＲ１およびＩＲ２からの出力光プロファイルを示し、不均一な入力プロファイルがどのように均一にされたかの実例を示す。１５１７の平均強度は、１５１３および１５１４を合成または統合したものとおよそ同じ平均強度である。１５１８の平均強度は、１５１５および１５１６を合成または統合したものとおよそ同じ平均強度である。

１５２０は、誘導を用いる同じシステムを示す。本例において、ＬＳ２はＩＲ１から離れるようにＩＲ２内へと誘導され、これにより、ＩＲ１からの出力の強度が低くなり、ＩＲ２からの出力の強度が高くなる。１５２１は、ＩＲ１およびＩＲ２上への入力光プロファイルを示す。１５２３は、ＬＳ１からＩＲ１上への入力光プロファイルを示す。１５２４は、ＬＳ２、ＬＳ３およびＬＳ４から入力される、ＩＲ２上への合成光を示す。

１５２２は、統合ロッドＩＲ１およびＩＲ２からの出力光プロファイルを示す。１５２５の平均強度は、１５２３の平均強度とおよそ同じである。１５２６の平均強度は、合成または統合された１５２４の平均強度とおよそ同じである。

図１６は、リファインモジュール（例えば、ＤＭＤ）を適用して光照射野を微調整する実施形態の実例を示す。

本明細書に記載されているデバイスの出力光照射野は、ＤＭＤ、ＬＣＤ、またはＬＣｏＳのような、イメージングデバイスを含み得るリファインステージを照明する制御可能な光源として用いられ得る。イメージングデバイスは、振幅変調ＳＬＭ、ＰＭＤ、ＤＭＤのような拡散デバイス、ＬＣＤ、またはＬＣｏＳを備え得る。リファインは、システム全体の出力光照射野の品質を向上させ得るリファインされた出力を提供し得る。リファインモジュールは、スペックル除去モジュール、偏光変化デバイス、色強調デバイス等を備え得る。

リファインされた出力光照射野は、通常のやり方で投射スクリーン上または同様のものの上で画像化され、またはそれらへと中継され得る。図１６に示されているように、直列および／または並列構成で配置され得る１またはいくつかのリファインモジュールと、光効率性照明具が組み合わせられ得る。

例えば、リファインモジュールは、最終的な光照射野に高空間周波数の細部を提供し得る。最終的な光照射野はここで、投射スクリーンまたは同様のもので、光効率性照明具から出力光照射野上で画像化され得、またはそれらへと中継され得る。

リファインモジュールは他の使用例、光効率性照明具によりもたらされる視覚的な乱れを最小化するのに用いられる。いくつかの実施例において、これらの改善は光効率性照明具出力の解析に従って、および色出現モデル、視覚的差異予測器、または他のモデルなどの人間の視覚システムのモデルに従って実行され得る。

好ましい実施形態において、動的光効率性照明具は、ターゲットの光照射野の最初の低品質バージョン、例えば、低空間解像度カラー画像をリファインモジュールへの入力として提供する。リファインモジュールは、カラー画像に対し高空間解像度の単一の空間振幅変調器を備え、輝度変調のみを提供し得る。合成出力は、絶対的な意味ではターゲットの光照射野とは異なるかもしれないが、知覚的には同等である。

図１７は、例示的な光学的実施例、およびリファインモジュールを有する光効率性照明具の様々なステージにおいて存在する複数の光プロファイルを描写する。光効率性照明具からの出力光照射野１７００は、例えば中継レンズシステム１７０１を介してリファインモジュール１７０３上へと中継される。１７０４は、光効率性照明具により生成される例示的な出力光プロファイルを示す。１７０５は、リファインモジュール１７０３に入射する例示的な光プロファイルを示す。いくつかの実施形態において、１７００の出力の焦点を正確に１７０３上へと合わせないことが好ましいかもしれず、その代わりに、１７０３を量１７０２だけ動かすことによりぼやかす、または空間的にローパスフィルター１７０４に通すことが好ましいかもしれない。

図１８は、リファインモジュール（例えば、ＤＭＤ）と、クリーンアップモジュール（例えば、統合ロッドのアレイ）とを備える実施形態の実例を示す。

特定の応用は、出力光照射野の忠実度、均一性、または予測可能性が高いことを必要とし得る。いくつかの場合において、出力光照射野が、ターゲットの光照射野に関して特定されていない望ましくない鋭いスパイクまたは他の光学的なノイズを含み得る。これらの課題は、独立した複数の統合ロッドのアレイ、または複数のファイバから成るひとまとまりのもの、または照明具とリファインモジュールとの間の複数の光導波管などの複数の均質化要素のアレイを提供することにより低減され得る。空間的に変化する出力光照射野はその後、用いられる均質化要素（例えば、ファイバまたは統合ロッド）の数に一致する、複数の既に知られている強度プロファイル領域へと変えられる。複数の統合ロッド、ファイバ、または領域へと光を誘導することの利点は、高められたコントラスト、向上した黒レベル、より高いピーク強度、および／または、出力光プロファイルの向上した予測可能性を含み得る。加えて、１つの均質化要素を通過するはずであった光が他の均質化要素へと方向変更されるので、結果として得られるピーク輝度は、最良なケースにおいて、およそ領域の数の分だけ高められ得る（例えば、光の全て、または殆どが、複数の均質化要素のうち１つに方向付けられ得る）。対照的に、光を方向変更しないが単に光を減衰させて所望される輝度レベルを達成するシステムにおいて、ピーク輝度は、システムの光モジュールが提供し得る全体的な輝度レベルに制限される。

図１９は、クリーンアップモジュールおよびリファインモジュールと組み合わせられた光効率性照明具の例示的な実施例を描写する。光効率性照明具１９００の出力は、例えばレンズ１９０１を用いて統合ロッド１９０２、ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３およびＩＲ４のアレイ上へと中継される。複数の統合ロッドのアレイの出力１９０３はさらに、例えばレンズ１９０４を用いて１９０５上へと中継される。１９０５は、例えば振幅変調ＳＬＭの形態のリファインモジュールを表す。１９０５の出力は、例えばレンズ１９１１を用いて例えば投射スクリーン１９１２上へと中継される。１９００からの例示的な出力光照射野は１９０７に描写されている。１９０５に入射する光プロファイルは、小さいオフセット１９０６を用いてぼやけさせられ得、１９０３における光プロファイル１９０８を１９０５における１９０９へと変化させ得る。１９１０は、システム全体からの最終的な出力光照射野を示し、ここで１９１３は、１９１２により１９１４へと変調させられた１９０９の中継されたバージョンを表す。

本明細書に記載されている投射システムは、複数の変調ステージを備え得る。１または複数のステージが光の位相を変調させ得、および／または、１または複数の他のステージが光の振幅を変調させ、および／または、１または複数の他のステージが光の周波数を変調させ、および／または、１または複数の他のステージが光の偏光を変調させる。例えば、１つの投射システムが２つの空間振幅変調器および１つの空間位相変調器を有し得る。

そのような複数のステージは、直列または並列方式、またはこれらの混合方式で光を処理するよう配置され得る。並列方式の場合、異なる複数の光照射野が光線分割器または光線合成器、例えば異なる周波数の光を合成するためにダイクロイックミラーにより、または異なる偏光の光を合成するために偏光光線分割器により合成され得る。直列方式の場合、あるステージの出力は、次のステージのための入力として用いられる。例えば、あるシステムは、位相変調器と並列で周波数変調器を用い得、これらの両方が、空間振幅変調器と直列で配置される。２つの並列ステージからの出力は、光線合成器により組み合わせられ得、その後、並列ステージと直列で配置された空間振幅変調器上へと中継される。

図２０は、カラーフィールド順次スキームを採用するシステムにおける強度−時間、および強度−位置プロットを示す。２０１０は、赤（２０１１）、緑（２０１２）、および青（２０１３）チャネルから成る３原色光効率性照明具における所望される空間断面光プロファイルの例を示す。光効率性照明具は、光の（減衰による）振幅変調により排他的にではなく光を再分配することによりそのターゲットの光プロファイルを達成するので、各光源が必要な総光量は、それぞれＲ、Ｇ、およびＢのための各カラーチャネルの光プロファイル２０１１、２０１２、および２０１３の統合された光と比例する。この特定の例において、光プロファイル２０１１、２０１２および２０１３を検査し、より少ない量の緑の光量が求められており、中間的な量の赤の光量が求められており、および最大量の青の光量が求められていることを推測し得る。

カラーフィールド順次駆動スキームにおいて１つのビデオフレーム内の各色の総光量は、２０００において描写されているように一定期間にわたって個々の複数の光源の強度を低下させることにより、または２０２０において描写されているように変化する複数の時間にわたる固定された強度により、またはここで描写されていないがこれら２つのスキームの組み合わせにより、光源において変調され得る。２０００において、強度変調アプローチは、２００１によって赤に関して、２００２によって緑に関して、２００３によって青に関して描写されている。２０２０において、時間変調アプローチは、２０２１により赤に関して、２０２２により緑に関して、２０２３により青に関して描写されている。
用語の解釈

異なることを状況が明らかに求めない限り、本説明および請求項を通じて、以下の用語は下記の通り用いられる。
「備える」、「備え」、および同様のものは、排他的または網羅的な意味とは異なり包括的な意味で解釈される。つまり、「含むが、これに限定されない」という意味である。
「接続」、「結合」、またはこれらのいずれかの変形は、２つまたはそれより多くの要素の間のいずれかの直接的または間接的な接続または結合を意味する。それら要素間の結合または接続は、物理的、論理的、またはこれらの組み合わせであり得る。
「本明細書において」、「上記で」、「下記で」、および同様の意味の語句は、本明細書を説明するのに用いられたとき、本明細書全体について言及しており、本明細書のいずれかの特定の部分について言及しているのではない。
２つまたはそれより多くのアイテムの列挙に関連して「または」が用いられた場合、その語句は、以下の全ての解釈を網羅している。列挙されたアイテムの何れか、列挙されたアイテムの全ての、および列挙されたアイテムのいずれかの組み合わせ。
単数形は、いずれかの適切な複数形の意味も含む。

「鉛直」、「横」、「水平」、「上方」、「下方」、「前方」、「後方」、「内方」、「外方」、「鉛直」、「横」、「左」、「右」、「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「下の方」、「上の方」、「下」、および同様のものなどを示す語は本説明および（存在する場合には）いずれかの添付の請求項で用いられたとき、説明され、実例が示されている装置の具体的な方向に依存する。本明細書に記載されている主題は、様々な代替的な方向を取り得る。したがって、これら方向に関する用語は厳密に定義されず、狭く解釈されるべきではない。

本願発明の複数の実施形態は、特定的に設計されたハードウェア、構成可能なハードウェア、データプロセッサに対して実行可能な（任意で「ファームウェア」を含み得る）ソフトウェアの提供により構成されるプログラマブルデータプロセッサ、本明細書において詳細で説明されている方法における１または複数の工程を実行するよう特定的にプログラミングされ、構成され、または構築された特定用途向けコンピュータまたはデータプロセッサ、および／またはこれらの２つまたはそれより多くの組み合わせを用いて実装され得る。特定的に設計されたハードウェアの例としては、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、大規模集積回路（「ＬＳＩ」）、超大規模集積回路（「ＶＬＳＩ」）、および同様のものがある。構成可能なハードウェアの例としては、プログラマブルアレイロジック（「ＰＡＬ」）、プログラマブルロジックアレイ（「ＰＬＡ」）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）などの１または複数のプログラマブルロジックデバイスがある。プログラマブルデータプロセッサの例としは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）、組み込みプロセッサ、グラフィックプロセッサ、数値演算コプロセッサ、汎用コンピュータ、サーバコンピュータ、クラウドコンピュータ、メインフレームコンピュータ、コンピュータワークステーション、および同様のものがある。例えば、デバイスのための制御回路における１または複数のデータプロセッサが、それらプロセッサがアクセス可能なプログラムメモリにおける複数のソフトウェア命令を実行することにより本明細書に記載されている複数の方法を実装し得る。

処理は集中化されても、分散化されてもよい。処理が分散化されるとき、ソフトウェアおよび／またはデータを含む情報は、集中化されたままであってもよく、または分散化されてもよい。そのような情報は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、またはインターネット、有線または無線データリンク、電磁気信号、または他のデータ通信チャネルなどの通信ネットワークを介して複数の異なる機能ユニット間で交換され得る。

例えば、処理またはブロックが所与の順番で提示されているが、複数の代替例が、異なる順番で、複数の工程を有する複数のルーチンを実行してもよく、または複数のブロックを有する複数のシステムを採用してもよい。または、代替または部分的組み合わせを提供するよういくつかの処理またはブロックが削除され、動かされ、追加され、細分化され、組み合わせられ、および／または変更される。これら処理またはブロックのそれぞれが、様々な異なるやり方で実装され得る。また、複数の処理またはブロックが時々、直列で実行されるものとして示されているが、これら処理またはブロックは代わりに、並列で実行され得、または異なる複数の時点において実行され得る。

加えて、複数の要素が時々、順次実行されるものとして示されているが、それらは代わりに、同時に、または異なる順序で実行され得る。したがって、以下の請求項は、そのような変形例全てが、意図されている範囲内にあるものとして解釈されることが意図されている。

ソフトウェアおよび他のモジュールは、サーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、画像データエンコーダ、画像データデコーダ、ＰＤＡ、ビデオプロジェクタ、ディスプレイ（テレビなど）、デジタルシネマプロジェクタ、メディアプレーヤ、および本明細書に記載されている複数の目的に適した他のデバイス上に存在し得る。

本願発明は、プログラム製品の形態でも提供され得る。プログラム製品は、データプロセッサにより実行されたときにデータプロセッサに本願発明の方法を実行させる一式のコンピュータ可読命令を保持するいずれかの非一時的媒体を備え得る。本願発明に係るプログラム製品は、多種多様な形態の何れかであり得る。プログラム製品は例えば、フロッピー（登録商標）ディスクを含む磁気データ記憶媒体、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤを含む光学データ記憶媒体、ＲＯＭ、フラッシュＲＡＭ、ＥＰＲＯＭを含む電子データ記憶媒体、物理的に組み込まれた、または事前にプログラミングされたチップ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ半導体チップ）、ナノ技術メモリ、または同様のものなどの非一時的媒体を含み得る。プログラム製品上のコンピュータ可読信号は任意で、圧縮されてもよく、暗号化されてもよい。

いくつかの実施形態において、本願発明はソフトウェアで実装され得る。より明確にすると、「ソフトウェア」は、プロセッサで実行されるいずれかの命令を含み、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、および同様のものを含み得る（が、これら限定されない）。処理ハードウェアおよびソフトウェアの両方が、全体的に、または部分的に、当業者に公知であるように集中化されてもよく、または分散化されてもよい（またはそれらの組み合わせであってもよい）。例えば、ソフトウェアおよび他のモジュールが、ローカルのメモリを介して、ネットワークを介して、分散化されたコンピューティング環境においてブラウザまたは他のアプリケーションを介して、または上記で説明された複数の目的に適した他の手段を介してアクセス可能であり得る。

上記において構成要素（例えば、ソフトウェアモジュール、プロセッサ、アセンブリ、デバイス、回路等）が言及されているとき、異なることが示されていない限り、その構成要素についての言及（「手段」についての言及を含む）は、本願発明の実例が示されている例示的な実施形態において機能を実行する開示されている構造物と構造的に同等ではない構成要素を含む、説明されている構成要素の機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）いずれかの構成要素をその構成要素の同等物として含むものとして解釈されるべきである。

本明細書においてシステム、方法、および装置の具体的な例は、実例を示すことを目的として記載されている。これらは単に例である。本明細書で提供されている技術は、上記で説明された例示的なシステム以外の複数のシステムに応用され得る。多くの変更、修正、追加、省略、および順列が本願発明の実施内で可能である。本願発明は、当業者にとって明らかであろう、説明された実施形態の変形例を含む。それら変形例は、特徴、要素、および／または動作を同等の特徴、要素、および／または動作で置き換えること、異なる実施形態からの特徴、要素、および／または動作をミックスし、一致させること、本明細書に記載されている実施形態からの特徴、要素、および／または動作を、他の技術の特徴、要素、および／または動作と組み合わせること、並びに／若しくは、説明されている実施形態から、特徴、要素、および／または動作を省略するまたは組み合わせること、によって得られる。

したがって、以下の添付の請求項、および今後導入される請求項は、合理的に推論され得るそのような修正、順列、追加、省略、および部分的組み合わせの全てを含むものとして解釈されることが意図されている。請求項の範囲は、複数の例において明記されている複数の好ましい実施形態により限定されるべきではなく、全体として説明に沿う最も広い解釈が与えられるべきである。

Claims (123)

1. 画像データにより特定される複数の画像を表示するための方法であって、前記画像データは、より暗い複数のエリアおよびより明るい複数のエリアを前記複数の画像が有するよう前記複数の画像上の場所毎に変化する輝度を特定し、前記方法は、
   位相変調器を制御して、前記画像データに基づく構成を有する２次元自由形状レンズを提供する工程と、
   前記位相変調器を入射光で照明し、前記入射光を前記位相変調器と相互作用させて、変更された光照射野をもたらす工程と、
   前記変更された光照射野を面上へと投射して、前記画像の描写をもたらす工程と
   を備え、
   前記光の、前記位相変調器との前記相互作用は、前記複数の画像のより暗い複数のエリアを照明するはずであった光の、前記複数の画像のより明るい複数のエリアへの方向変更を引き起こす、方法。
2. 前記画像データはビデオデータを含み、
   前記位相変調器を制御して、前記画像データの連続的な複数のフレームに基づき前記２次元自由形状レンズを順に変化させる工程を備える、請求項１に記載の方法。
3. さらに、前記変更された光照射野を空間的に変調させることにより前記変更された光照射野をリファインする工程を備える、請求項１または２に記載の方法。
4. さらに、前記変更された光照射野を空間的に変調させる工程は、前記変更された光照射野の前記光を反射型空間光変調器から反射させる工程を有する、請求項３に記載の方法。
5. さらに、前記変更された光照射野を空間的に変調させる工程は、前記変更された光照射野の前記光を透過型空間光変調器に通す工程を有する、請求項３に記載の方法。
6. 前記変更された光照射野の前記光をリファインモジュールに通すことにより、前記変更された光照射野に、高空間周波数の細部を加える工程を備える、請求項１または２に記載の方法。
7. 前記リファインモジュールは複数の光統合要素のアレイを有する、請求項６に記載の方法。
8. 前記リファインモジュールは空間光変調器を有し、
   前記空間光変調器を制御して、さらに、前記変更された光照射野の前記光を変調させる工程を備える、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記画像データに前向きアルゴリズムを適用することにより前記自由形状レンズの前記構成を生成する工程を備える、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
10. 前記前向きアルゴリズムは、逆変換を前記画像データに適用することを含み、
    前記逆変換は、前記位相変調器を含む光路により前記入射光に適用される変換を逆にする、請求項９に記載の方法。
11. 前記逆変換は逆フーリエ変換を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記前向きアルゴリズムは反復アルゴリズムを含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記反復アルゴリズムは、完了基準が満たされるまで、現在の解と、前記画像データにより特定されるターゲットの画像との間の差を反復して最小化することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 第１の反復回数、前記反復アルゴリズムを実行して、前記自由形状レンズに関する第１の構成をもたらし、前記第１の構成に従って前記位相変調器を制御し、前記第１の構成に従って前記位相変調器を制御しながら１または複数の追加の反復回数、前記反復アルゴリズムを実行して前記自由形状レンズに関するリファインされた構成をもたらし、続いて前記リファインされた構成に従って前記位相変調器を制御する工程を備える、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記画像データを処理して複数の光学素子に関する複数のパラメータをもたらすことにより前記自由形状レンズの前記構成を生成する工程と、前記位相変調器を制御して前記複数の光学素子をエミュレートする工程とを備える、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
16. 前記複数の光学素子は複数のプリズムを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記複数の光学素子は複数のレンズを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記複数のレンズは複数のフレネルレンズを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記複数のレンズは複数の円柱レンズを含む、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記位相変調器を制御して、予め定められた前記複数の光学素子を重ねることをエミュレートする工程を備える、請求項１５から１９の何れか一項に記載の方法。
21. 重ねられた予め定められた前記複数の光学素子はプリズムとレンズとを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記変更された光照射野における、一式の特徴パラメータによりそれぞれが記述される１または複数の特徴の総和が前記画像の近似を提供するよう、前記自由形状レンズは、前記１または複数の特徴を前記変更された光照射野において提供する、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
23. 前記位相変調器を制御して、前記画像データに対応するターゲットの光照射野に近似するよう選択された異なる複数の位置、振幅、および半値全幅を有する一式のガウス強度プロファイルを前記変更された光照射野が有するような構成を有する自由形状レンズをもたらす工程を備える、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
24. 前記位相変調器を制御して、自由形状レンズの第１エリアと相互作用する前記入射光が前記第１エリアとは別個の前記自由形状レンズの第２エリアと相互作用した光と重なるように前記変更された光照射野においてシフトするような構成を有する前記自由形状レンズをもたらす工程を備える、請求項１から２３の何れか一項に記載の方法。
25. 前記位相変調器を制御して、自由形状レンズの第１エリアと相互作用する前記入射光が前記自由形状レンズとの前記相互作用により集束されるような構成を有する前記自由形状レンズをもたらす工程を備える、請求項１から２３の何れか一項に記載の方法。
26. 前記複数の画像の前記より明るい複数のエリアの輝度が、前記変更された光照射野の達成可能な均一な輝度の最大を越える、請求項１から２５の何れか一項に記載の方法。
27. 前記入射光を前記位相変調器と相互作用させる前に前記入射光をコリメートする工程を備える、請求項１から２６の何れか一項に記載の方法。
28. 前記入射光の強度を制御する工程を備える、請求項１から２７の何れか一項に記載の方法。
29. 前記位相変調器上の複数の別個のエリアのそれぞれを照明する前記入射光の前記強度を別々に制御する工程を備える、請求項２８に記載の方法。
30. 強度が可変である複数の光源において前記入射光を生成する工程と、
    前記複数の光源のうち異なる複数の光源により放射される光の前記強度を別々に制御する工程と
    を備える、請求項２８または２９に記載の方法。
31. 前記複数の光源は複数のレーザを含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記入射光は広帯域光である、請求項１から３１の何れか一項に記載の方法。
33. 前記入射光は白色光である、請求項３２に記載の方法。
34. 前記入射光はコヒーレント光または部分コヒーレント光を含む、請求項１から３１の何れか一項に記載の方法。
35. 前記位相変調器は光反射型であり、
    前記位相変調器から前記入射光を反射させる工程を備える、請求項１から３４の何れか一項に記載の方法。
36. 前記位相変調器はＬＣＯＳデバイスを含む、請求項３５に記載の方法。
37. 前記位相変調器は可変形ミラーを含む、請求項３５に記載の方法。
38. 前記位相変調器は可変形レンズを含む、請求項１から３４の何れか一項に記載の方法。
39. 前記位相変調器は光透過型であり、
    前記入射光を前記位相変調器に通す工程を備える、請求項１から３４の何れか一項に記載の方法。
40. 前記位相変調器との前記入射光の前記相互作用は、前記入射光の屈折を引き起こす、請求項１から３９の何れか一項に記載の方法。
41. 前記変更された光照射野を前記面上へ投射する工程は、前記変更された光照射野を複数の統合要素を含むクリーンアップステージに通す工程を有する、請求項１から４０の何れか一項に記載の方法。
42. 前記位相変調器を制御して、前記画像データに基づく構成を有する自由形状レンズを提供する工程と、
    入射光で前記位相変調器を照明し、前記入射光を前記位相変調器と相互作用させて、変更された光照射野をもたらす工程と、
    前記変更された光照射野を面上へと投射する工程と
    を、時間多重方式で入射光の複数の異なる色のそれぞれに関し繰り返す工程を備える、請求項１から４１の何れか一項に記載の方法。
43. １つのフレーム内で、前記入射光の複数の異なる色の複数のオン時間が異なるように制御する工程を備える、請求項４２に記載の方法。
44. 請求項１から４１の何れか一項に記載の方法であって、前記方法を、対応する複数の前記位相変調器を用いて前記入射光の複数の色のそれぞれに関して別々に実行し、結果として得られる複数の前記変更された光照射野を合成してカラー画像をもたらす工程を備える、方法。
45. 前記自由形状レンズを制御して、前記変更された光照射野の異なる複数の部分の焦点を異なる複数の平面において合わせる工程を備える、請求項１から４４の何れか一項に記載の方法。
46. 前記入射光の偏光を制御する工程を備える、請求項１から４５の何れか一項に記載の方法。
47. 前記光の周波数を変調させる工程を備える、請求項１から４５の何れか一項に記載の方法。
48. 画像データにより特定される複数の画像を表示するための表示装置であって、前記画像データは、より暗い複数のエリアおよびより明るい複数のエリアを前記複数の画像が有するよう前記複数の画像上の場所毎に変化する輝度を特定し、前記表示装置は、
    位相変調器と、
    前記位相変調器を制御するよう接続されて、前記画像データに基づく構成を有する２次元自由形状レンズを提供する制御回路と、
    前記位相変調器を入射光で照明する光源と、
    前記自由形状レンズと相互作用した光を含む変更された光照射野を面上へと投射して、前記画像の描写をもたらす光学系と
    を備え、
    前記位相変調器は前記制御回路により制御されて、前記複数の画像のより暗い複数のエリアを照明するはずであった光の、前記複数の画像のより明るい複数のエリアへの方向変更を引き起こす、表示装置。
49. 前記画像データはビデオデータを含み、
    前記制御回路は、前記画像データの連続的な複数のフレームに基づき前記２次元自由形状レンズを順に変化させるよう前記位相変調器を制御する、請求項４８に記載の表示装置。
50. さらに、前記変更された光照射野を空間的に変調させる空間光変調器を有するリファインモジュールを備える、請求項４８または４９に記載の表示装置。
51. 前記空間光変調器は、反射型空間光変調器を含む、請求項５０に記載の表示装置。
52. 前記空間光変調器は透過型空間光変調器を含む、請求項５０に記載の表示装置。
53. 前記リファインモジュールは複数の光統合要素のアレイを有する、請求項５０に記載の表示装置。
54. 前記制御回路は、前記画像データに前向きアルゴリズムを適用することにより前記自由形状レンズの前記構成を生成する、請求項４８から５３の何れか一項に記載の表示装置。
55. 前記前向きアルゴリズムは、逆変換を前記画像データに適用することを含み、
    前記逆変換は、前記位相変調器を含む光路により前記入射光に適用される変換を逆にする、請求項５４に記載の表示装置。
56. 前記逆変換は逆フーリエ変換を含む、請求項５５に記載の表示装置。
57. 前記前向きアルゴリズムは反復アルゴリズムを含む、請求項５４に記載の表示装置。
58. 前記反復アルゴリズムは、完了基準が満たされるまで、現在の解と、前記画像データにより特定されるターゲットの画像との間の差を反復して最小化することを含む、請求項５７に記載の表示装置。
59. 前記制御回路は、第１の反復回数、前記反復アルゴリズムを実行して、前記自由形状レンズに関する第１の構成をもたらし、前記第１の構成に従って前記位相変調器を制御し、前記第１の構成に従って前記位相変調器を制御しながら１または複数の追加の反復回数、前記反復アルゴリズムを実行して前記自由形状レンズに関するリファインされた構成をもたらし、続いて前記リファインされた構成に従って前記位相変調器を制御する、請求項５７または５８に記載の表示装置。
60. 前記制御回路は、前記画像データを処理して予め定められた複数の光学素子に関する複数のパラメータをもたらすことにより前記自由形状レンズの前記構成を生成し、前記位相変調器を制御して前記複数の光学素子をエミュレートする、請求項４８から５３の何れか一項に記載の表示装置。
61. 前記複数の光学素子は複数のプリズムを含む、請求項６０に記載の表示装置。
62. 前記複数の光学素子は複数のレンズを含む、請求項６０または６１に記載の表示装置。
63. 前記複数のレンズは複数のフレネルレンズを含む、請求項６２に記載の表示装置。
64. 前記複数のレンズは複数の円柱レンズを含む、請求項６２または６３に記載の表示装置。
65. 前記制御回路は、前記位相変調器を制御して、予め定められた前記複数の光学素子を重ねることをエミュレートする、請求項６０から６４の何れか一項に記載の表示装置。
66. 重ねられた予め定められた前記複数の光学素子はプリズムとレンズとを含む、請求項６５に記載の表示装置。
67. 前記制御回路は、前記変更された光照射野における一式の特徴パラメータによりそれぞれが記述される１または複数の特徴の総和が前記画像の近似を提供するよう、前記自由形状レンズが、前記１または複数の特徴を前記変更された光照射野において提供するよう前記位相変調器を設定する、請求項４８から５３の何れか一項に記載の表示装置。
68. 前記制御回路は、前記画像データに対応するターゲットの光照射野に近似するよう選択された異なる複数の位置、振幅、および半値全幅を有する一式のガウス強度プロファイルを前記変更された光照射野が有するような構成を有する自由形状レンズをもたらすよう前記位相変調器を設定する、請求項４８から５３の何れか一項に記載の表示装置。
69. 前記制御回路は、前記位相変調器を制御して、前記自由形状レンズの第１エリアと相互作用する前記入射光が前記第１エリアとは別個の前記自由形状レンズの第２エリアと相互作用した光と重なるように前記変更された光照射野においてシフトするような構成を有する前記自由形状レンズをもたらす、請求項４８から６８の何れか一項に記載の表示装置。
70. 前記変更された光照射野の達成可能な均一な輝度の最大により特徴付けられ、
    前記複数の画像の前記より明るい複数のエリアの輝度が、前記変更された光照射野の前記達成可能な均一な輝度の最大を越える、請求項４８から６９の何れか一項に記載の表示装置。
71. 前記位相変調器の先に前記入射光をコリメートするコリメータを備える、請求項４８から７０の何れか一項に記載の表示装置。
72. 前記光源は強度が制御可能な光源であり、前記制御回路は、前記光源の前記強度を制御するよう接続されている、請求項４８から７１の何れか一項に記載の表示装置。
73. 前記光源は、強度が可変である複数の光源を有し、前記制御回路は、前記複数の光源のうち異なる複数の光源により放射される光の前記強度を別々に制御するよう接続されている、請求項７２に記載の表示装置。
74. 前記複数の光源はそれぞれ、前記位相変調器の別個のエリアを照明する、請求項７３に記載の表示装置。
75. 前記複数の光源は複数のレーザを含む、請求項７３または７４に記載の表示装置。
76. 前記光源は、広帯域光を放射する広帯域光源である、請求項４８から７４の何れか一項に記載の表示装置。
77. 前記光源は白色光を放射する白色光源である、請求項７６に記載の表示装置。
78. 前記光源は、コヒーレント光または部分コヒーレント光を放射する、請求項４８から７４の何れか一項に記載の表示装置。
79. 前記位相変調器は光反射型である、請求項４８から７８の何れか一項に記載の表示装置。
80. 前記位相変調器はＬＣＯＳデバイスを有する、請求項７９に記載の表示装置。
81. 前記位相変調器は可変形ミラーを含む、請求項７９に記載の表示装置。
82. 前記位相変調器は可変形レンズを含む、請求項４８から７８の何れか一項に記載の表示装置。
83. 前記位相変調器は光透過型である、請求項４８から７８の何れか一項に記載の表示装置。
84. 前記位相変調器と前記面との間に配置された複数の統合要素を有するクリーンアップステージを備える、請求項４８から８３の何れか一項に記載の表示装置。
85. 前記制御回路は、
    前記位相変調器を制御して、前記画像データに基づく構成を有する自由形状レンズを提供する工程と、
    入射光で前記位相変調器を照明し、前記入射光を前記位相変調器と相互作用させて、変更された光照射野をもたらす工程と、
    前記変更された光照射野を面上へと投射する工程と
    を、時間多重方式で入射光の複数の異なる色のそれぞれに関し繰り返す、請求項４８から８４の何れか一項に記載の表示装置。
86. 前記制御回路は、１フレーム内で、前記入射光の異なる複数の色に関してオン時間が異なるように制御する、請求項８５に記載の表示装置。
87. 入射光を複数の前記位相変調器のうち対応する１つ上へとそれぞれが方向付ける複数の前記光源と、
    結果として得られる複数の前記変更された光照射野を合成してカラー画像をもたらす色再合成器と
    を備える、請求項４８から８４の何れか一項に記載の表示装置。
88. 画像を表示するための方法であって、前記画像は、前記画像がより暗い複数のエリアおよびより明るい複数のエリアを有するよう場所毎に変化する輝度を有し、前記方法は、
    複数の光源のそれぞれからの光を伝送して、スクリーンの複数の対応するエリアを照明する工程と、
    前記画像を定義する画像データに応答して、前記画像の前記複数のより明るいエリアに位置する前記複数の対応するエリアがより小さく、前記画像の前記複数のより暗いエリアに位置する前記複数の対応するエリアがより大きいよう前記複数の対応するエリアの複数のサイズを異ならせる工程と
    を備える方法。
89. 前記光を前記複数の対応するエリアに伝送する工程は、走査期間の間、その対応する光源において発せられる光線でその対応するエリア全体を走査する工程を有する、請求項８８に記載の方法。
90. 前記走査する工程はラスタスキャン工程を有する、請求項８９に記載の方法。
91. 複数の走査線間の間隔は、複数のより小さい前記エリアよりも複数のより大きい前記エリアにおいて、より大きい、請求項９０に記載の方法。
92. 前記スクリーンとの、前記光線の交点の速度は、複数のより小さい前記エリアよりも複数のより大きい前記エリアにおいて、より速い、請求項９０に記載の方法。
93. 前記スクリーンの前記複数の対応するエリアは長方形である、請求項８８から９２の何れか一項に記載の方法。
94. 前記複数の対応するエリアの複数のサイズを異ならせる工程は、前記複数の対応するエリアのうち少なくとも一部の複数の長さを変え、前記複数の対応するエリアのうち少なくとも一部の複数の幅を変える工程を有する、請求項８８から９３の何れか一項に記載の方法。
95. 前記複数の光源は、複数のレーザ光源を含む、請求項８８から９４の何れか一項に記載の方法。
96. 前記複数の光源から前記複数の対応するエリアへ光を伝送する工程は、光線整形および光線拡大光学系を介してその対応するエリアへ光を中継する工程を有する、請求項８８に記載の方法。
97. 前記複数の光源のうち１つからの光線を拡大および整形して、前記対応するエリアのサイズおよび形状に一致させる工程と、
    拡大され整形された前記光線を前記対応するエリアのその位置へ誘導する工程と
    を備える、請求項９６に記載の方法。
98. 前記拡大され整形された光線を誘導する工程は、２軸走査ミラー光学系を調整する工程を有する、請求項９７に記載の方法。
99. 前記光線を拡大する工程は、２つの互いに垂直な方向のそれぞれに異なる複数の量で前記光線を拡大する工程を有する、請求項９７または９８に記載の方法。
100. 前記光線を拡大する工程は、前記光線を一対の円柱レンズに通す工程を有する、請求項９７から９９の何れか一項に記載の方法。
101. 複数の光源であって、それぞれが、その光源から対応する画像エリアへの光を伝える光路と関連付けられている複数の光源と、
     複数の前記光路における光学系を制御して、画像データに応答して前記対応する画像エリアの複数のサイズを異ならせるよう接続された制御回路と
     を備え、
     前記制御回路は、前記画像の複数のより暗いエリアに位置する複数の前記対応する画像エリアの前記複数のサイズを大きくし、前記画像の複数のより明るいエリアに位置する複数の前記対応する画像エリアの前記複数のサイズを小さくする、表示装置。
102. 前記複数の光路のそれぞれは、前記複数の光源のうち対応する１つからの光を前記対応する画像エリア上へと走査するスキャナを含む、請求項１０１に記載の表示装置。
103. 複数の前記スキャナは複数のラスタスキャナを含む、請求項１０２に記載の表示装置。
104. 前記複数の対応する画像エリアは長方形である、請求項１０２または１０３に記載の表示装置。
105. 前記制御回路は、前記複数の対応するエリアのうち少なくとも一部の複数の長さを変え、前記複数の対応するエリアのうち少なくとも一部の複数の幅を変えることにより前記複数の対応するエリアの複数のサイズを異ならせる、請求項１０１から１０４の何れか一項に記載の表示装置。
106. 前記複数の光源は複数のレーザ光源を含む、請求項１０１から１０５の何れか一項に記載の表示装置。
107. 前記複数の光路は、前記複数の対応する光源から前記複数の対応するエリアへ光を伝送する制御可能な光線整形および光線拡大光学系を含む、請求項１０１に記載の表示装置。
108. 前記複数の光路は、２軸走査ミラー光学系を含む、請求項１０１に記載の表示装置。
109. 前記複数の光路のそれぞれは、一対の円柱レンズを含む、請求項１０１から１０８の何れか一項に記載の表示装置。
110. 所望される光分布を有する光照射野を生成するための方法であって、
     イメージングデバイスの対応するエリアへ光をそれぞれが伝送する複数の光統合要素のアレイを提供する工程と、
     前記複数の光統合要素のうち少なくとも一部が複数の入力ポートからの光を受け取り、前記複数の光統合要素のうち異なる複数の光統合要素が、異なる数の前記複数の入力ポートからの光を受け取るよう、前記複数の入力ポートのそれぞれからの光を、前記複数の光統合要素のうち１つに誘導する工程と
     を備える方法。
111. 前記イメージングデバイスは位相変調器を含み、
     前記位相変調器において前記光の位相変調を行って、変更された光照射野をもたらす工程を備える、請求項１１０に記載の方法。
112. 光を対応するディスプレイエリアにそれぞれが伝送する複数の統合要素のアレイと、
     光を、複数の入力ポートのうち対応する１つへそれぞれが伝送する複数の光源と、
     前記複数の入力ポートと関連付けられた誘導光学系であって、前記複数の入力ポートのうち１つからの光を、前記複数の統合要素のうち任意の１つへと誘導する誘導光学系と、
     前記複数の統合要素により照明されるイメージングデバイスと
     を備える表示装置。
113. 前記イメージングデバイスは位相変調器を有する、請求項１１２に記載の表示装置。
114. 前記位相変調器は反射型位相変調器を含む、請求項１１３に記載の表示装置。
115. 前記位相変調器はＬＣＯＳデバイスを含む、請求項１１４に記載の表示装置。
116. 前記位相変調器は可変形ミラーを含む、請求項１１４に記載の表示装置。
117. 特定の空間的に分布させられた輝度を有するターゲットの光照射野を生成するための方法であって、
     位相変調器を制御して前記ターゲットの光照射野に基づく構成を有する自由形状レンズを提供する工程と、
     入射光により前記位相変調器を照明し、前記入射光を前記位相変調器と相互作用させて変更された光照射野もたらす工程と
     を備え、
     前記光と前記位相変調器との相互作用により、前記変更された光照射野のより低い輝度の複数のエリアを照明するはずであった光の、前記変更された光照射野のより高い輝度の複数のエリアへの方向変更を引き起こす、方法。
118. 前記位相変調器は１次元位相変調器を含む、請求項１１７に記載の方法。
119. 前記位相変調器は２次元位相変調器を含む、請求項１１７に記載の方法。
120. 特定の空間的に分布させられた輝度を有するターゲットの光照射野を生成するための装置であって、
     位相変調器と、
     前記位相変調器を制御して前記ターゲットの光照射野に基づく構成を有する２次元自由形状レンズを提供する制御回路と、
     入射光により前記位相変調器を照明する光源と
     を備え、
     前記自由形状レンズは、前記入射光の、前記位相変調器との相互作用が、前記光照射野のより低い輝度の複数のエリアを照明するはずであった光の、前記光照射野のより高い輝度の複数のエリアへの方向変更を引き起こすよう構成されている、装置。
121. 色光照射野を生成するための方法であって、
     画像データを解析して、複数のカラーチャネルのそれぞれに関して、そのカラーチャネルの統合光量を決定する工程と、
     各カラーチャネルに関して、対応する色の光を放射する光源を制御して、前記光源の強度を変調させることと、前記光源がオンにされている時間の割合を変化させることとのうち１または複数により前記統合光量に基づく量で光を放射する工程と、
     各カラーチャネルに関して、前記光を、動的に可変な位相変調器と相互作用させて、前記対応する光源により放射される前記光を前記画像データに従って空間的に分配する工程と、
     前記複数のカラーチャネルからの前記光を合成して前記色光照射野をもたらす工程と
     を備える、方法。
122. 本明細書に記載されているいずれかの新規性および進歩性のある工程、動作、複数の工程および／または動作の組み合わせ、または、複数の工程および／または動作の部分的組み合わせを備える方法。
123. 本明細書に記載されているいずれかの新規性および進歩性のある特徴、複数の特徴の組み合わせ、または、複数の特徴の部分的組み合わせを備える装置。

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