JP6701204B2 - 高ダイナミックレンジ画像プロジェクタのための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタシステムのための光リサイクリングに関し、特に、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ：Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）プロジェクションシステムのためのシステムおよび方法に関するものである。

プロジェクタシステムは、現在、ダイナミックレンジの向上を伴って構成されつつある。当該技術分野では、デュアル／マルチ変調器プロジェクタディスプレイシステムが知られている。ところが、そのようなディスプレイシステムでは、光処理のモデリングの改善によって、そのようなディスプレイシステムのレンダリングと性能の両方をさらに向上させることが可能である。また、本発明者らの認識によれば、デュアル／マルチ変調システムでの画像ハイライトの輝度、および／またはシングル変調ディスプレイシステムならびにデュアル／マルチ変調ディスプレイシステムのエネルギー性能を向上させることが望ましいであろう。

光エネルギーの一部を後に使用するようにリサイクルすることによる光の効率的利用のためのプロジェクションシステムおよび／または方法について開示する。一実施形態では、プロジェクションディスプレイシステムについて開示し、このシステムは、光源と、インテグレータロッドに沿って光を反射／リサイクルし得る反射面を有する近位端において光源からの光を受けるインテグレータロッドと、インテグレータロッドから受けた光を投影方向または光リサイクル方向のいずれかに反射する少なくとも１つの可動ミラーを有する変調器と、を備える。他の実施形態では、デュアル／マルチ変調器プロジェクタディスプレイシステムについて開示する。第１の変調器は、表示されるべき所望の画像のための、予備変調ハーフトーン画像を実現し得るか、またはハイライト変調画像を実現し得るか、いずれかである。所望の画像の主変調のために、第２の変調器を設けることができる。

一実施形態では、光源からの光のリサイクリングが可能なプロジェクタディスプレイシステムについて開示し、このプロジェクタディスプレイシステムは、光源と、インテグレータロッドに沿って光を反射することが可能な反射面を有する近位端で光源からの光を受けるように構成されたインテグレータロッドと、プロジェクタディスプレイシステムの焦点面を移動させることが可能な光学素子をさらに有するリレー光学系と、インテグレータロッドから受けた光を投影方向および概ねインテグレータロッドの方向である光リサイクル方向の少なくとも一方に反射することが可能な可動ミラーを有する変調器と、を備える。

さらに、画像特性に応じて光リサイクリングを制御するための実施形態を提示する。
本システムの他の特徴ならびに効果は、本出願で提示する図面と関連させて読まれる以下の詳細な説明において提示している。

例示的な実施形態を図面の参照図に示している。本明細書で開示する実施形態および図面は、限定するものではなく、例示とみなされるべきものである。

図１Ａは、本出願の原理に従って構成された、概略的に示す光リサイクルモジュールを備えたデュアル変調器プロジェクタディスプレイシステムを示している。 図１Ｂは、本出願の原理に従って構成された、概略的に示す光リサイクルモジュールを備えたシングル変調プロジェクタディスプレイシステムを示している。 図１Ｃは、複数のカラーチャネルに光リサイクルモジュールを備えたプロジェクタディスプレイシステムを示している。 図２は、本出願の目的を満たす光リサイクルモジュールの一実施形態を示している。 図３は、本出願の目的に適したインテグレータロッドの近位端を示している。 図４は、本出願の原理に従って光リサイクリングを実施することが可能かつ／または望ましい場合があるデュアル／マルチ変調器プロジェクタシステムの他の実施形態を示している。 図５は、本出願の原理に従った光リサイクリングが可能かつ／または望ましい場合があるプロジェクタシステムのさらに別の実施形態を示している。 図６Ａは、本出願の原理に従った光リサイクリングのための１度または複数の機会が得られるプロジェクタシステムの多くの可能な実施形態を概略的に示している。 図６Ｂは、本出願の原理に従った光リサイクリングのための１度または複数の機会が得られるプロジェクタシステムの多くの可能な実施形態を概略的に示している。 図７Ａは、シングル変調プロジェクタディスプレイシステムのための１つの可能な光リサイクル制御システムおよび／または方法である。 図７Ｂは、一般的なＤＭＤ素子での個別変調色応答の応答曲線を示している。 図７Ｃは、一般的なＤＭＤ素子での個別変調色応答の応答テーブルを示している。 図８は、シングル変調プロジェクタディスプレイシステムのための他の可能な光リサイクル制御システムおよび／または方法を示している。 図９は、シングル変調プロジェクタディスプレイシステムのためのさらに別の可能な光リサイクル制御システムおよび／または方法を示している。 図１０は、所与の照射パターンの場合の光リサイクリングについて、１つの可能な応答テーブルを示している。 図１１は、光リサイクリングが可能なディスプレイシステムにおける効果的な光リサイクリングのためのアルゴリズムを示している。 図１２は、光リサイクリングが可能なディスプレイシステムにおける効果的な光リサイクリングのためのアルゴリズムを示している。 図１３は、光リサイクリングが可能なディスプレイシステムにおける効果的な光リサイクリングのためのアルゴリズムを示している。 図１４は、デュアル変調器ディスプレイシステムにおける光リサイクルモジュールの１つの代替実施形態を示している。 図１５は、本出願の原理に従って構成されたリレー光学系によって得られる１つの可能なガウススポット形状を示している。 図１６は、本出願の原理に従って構成されたリレー光学系の他の実施形態である。 図１７は、図１６のリレー光学系内の集束レンズ群の一実施形態を示している。 図１８は、図１６のリレー光学系内のコマ収差補正レンズ群の一実施形態を示している。 図１９は、光リサイクリングを実施し得るプロジェクタシステムに適し得るリレー光学系の一実施形態を示している。 図２０は、想定されるプロジェクタディスプレイシステムについて、ファイバ数ｖｓリサイクル効率のプロットの例を示している。

本明細書で使用される場合の、「コンポーネント」、「システム」、「インタフェース」というような用語は、ハードウェア、（例えば、実行中の）ソフトウェア、および／またはファームウェアのいずれかであるコンピュータ関連エンティティを指すものである。例えば、あるコンポーネントは、プロセッサ上で実行中のプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行ファイル、プログラム、および／またはコンピュータであり得る。例として、サーバ上で実行中のアプリケーションと、サーバは、どちらもコンポーネントであり得る。１つ以上のコンポーネントを、１つのプロセスに含むことが可能であり、１つのコンポーネントを、１つのコンピュータ上に局在化させること、および／または２つ以上のコンピュータに分散させることが可能である。また、コンポーネントは、ハードウェア、（例えば、実行中の）ソフトウェア、および／またはファームウェアのいずれかである通信関連エンティティを指すものでもあり得るとともに、さらに、通信を実現するに足る有線または無線ハードウェアを含み得る。

以下の説明を通して、より完全な理解を当業者に与えるため、具体的詳細について記載する。ただし、開示を不必要に不明瞭にすることがないよう、周知の要素については、詳細に提示または記載していない場合がある。よって、説明および図面は、限定的意味ではなく例示的意味のものとみなされるべきである。

［序論］
プロジェクタおよびその他のディスプレイシステムの分野では、画像レンダリング性能およびシステム効率をともに向上することが望まれている。本出願のいくつかの実施形態では、デュアル変調またはマルチ変調ディスプレイシステムのためにライトフィールドモデリング（light field modeling）を採用することにより、これらの改良を実施するためのシステム、方法、および技術について記載する。一実施形態では、効果的実施のために、光源モデルを構築して使用する。光源モデルを改良するために、既知の入力画像の表示画像のカメラ画像を評価することができる。一部の実施形態では、反復プロセスにより、改良を積み重ねることができる。一部の実施形態では、これらの技術を動画に用いて、画像レンダリング性能を向上させるためにリアルタイム補正を実施してよい。

デュアル変調プロジェクタおよびディスプレイシステムは、
（１）Ｗａｒｄらによる「ＳＥＲＩＡＬ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹ ＨＡＶＩＮＧ ＢＩＮＡＲＹ ＬＩＧＨＴ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＳＴＡＧＥ（２値光変調ステージを有するシリアル変調ディスプレイ）」と題する、２０１２年２月２８日に発行された米国特許第８１２５７０２号、
（２）Ｗｈｉｔｅｈｅａｄらによる「ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹＳ（プロジェクションディスプレイ）」と題する、２０１３年６月１３日に公開された米国特許出願公開第２０１３／０１４８０３７号、
（３）Ｗａｌｌｅｎｅｒによる「ＣＵＳＴＯＭ ＰＳＦｓ ＵＳＩＮＧ ＣＬＵＳＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥＳ（クラスタ光源を用いたカスタムＰＳＦ）」と題する、２０１１年９月２２日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０２２７９００号、
（４）Ｓｈｉｅｌｄｓらによる「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＡＣＣＵＲＡＴＥＬＹ ＲＥＰＲＥＳＥＮＴＩＮＧ ＨＩＧＨ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＩＭＡＧＥＲＹ ＯＮ ＨＩＧＨ ＤＹＮＡＭＩＣ ＲＡＮＧＥ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ（高ダイナミックレンジ・ディスプレイシステムにおいて高コントラスト画像を正確に表現するためのシステムおよび方法）」と題する、２０１３年５月２日に公開された米国特許出願公開第２０１３／０１０６９２３号、
（５）Ｅｒｉｎｊｉｐｐｕｒａｔｈらによる「ＨＩＧＨ ＤＹＮＡＭＩＣ ＲＡＮＧＥ ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＵＳＩＮＧ ＦＩＬＴＥＲＬＥＳＳ ＬＣＤ（Ｓ） ＦＯＲ ＩＮＣＲＥＡＳＩＮＧ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＡＮＤ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ（フィルタレスＬＣＤ（群）を用いてコントラストおよび解像度を向上させた高ダイナミックレンジディスプレイ）」と題する、２０１１年１１月１７日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０２７９７４９号、
（６）Ｋｗｏｎｇによる「ＲＥＦＬＥＣＴＯＲＳ ＷＩＴＨ ＳＰＡＴＩＡＬＬＹ ＶＡＲＹＩＮＧ ＲＥＦＬＥＣＴＡＮＣＥ／ＡＢＳＯＲＰＴＩＯＮ ＧＲＡＤＩＥＮＴＳ ＦＯＲ ＣＯＬＯＲ ＡＮＤ ＬＵＭＩＮＡＮＣＥ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ（色および輝度の補正用の空間的に変化する反射／吸収勾配を有する反射器）」と題する、２０１２年５月３１日に公開された米国特許出願公開第２０１２／０１３３６８９号、
を含む、本出願と同一の所有者による特許および特許出願に記載されており、これらの文献はすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

［物理アーキテクチャの一例］
一般的に、単一のデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device : ＤＭＤ）を備えたプロジェクタは、コントラスト比に限界がある傾向があり得る。より高いコントラスト比を得るために、２つ以上のＤＭＤおよび／または他の反射器（例えば、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ））を直列に配列することができる。ＤＭＤは、時分割またはパルス幅変調器として動作し得るので、ともにパルス幅変調器として機能する２つ以上のＤＭＤおよび／または反射器を直列に動作させると、時分割シーケンスにおける精密な時分割アライメントおよび画素間の対応が要求される傾向がある。このようなアライメントおよび対応の要件は、実践するのが難しい場合がある。そこで、本出願の多くの実施形態では、プロジェクタおよび／またはディスプレイシステムで、所望の性能を実現するために、様々なデュアル変調方式を採用することができる。

単なる一例として、プロジェクタディスプレイシステムの一実施形態では、「予備変調器」または「予備変調」として第１の変調器（例えば、第１のＤＭＤ／反射器）を用いることができ、これにより、ハーフトーン画像で光源を空間変調することができ、それを所望の期間（例えば、１フレームまたはその一部）にわたって維持することができる。このハーフトーン画像にぼかしを付与することで、空間的低減帯域幅のライトフィールドを生成することができ、これを第２のＤＭＤ／反射器に照射することができる。主変調器と呼ばれる第２のＤＭＤ／反射器は、ぼかしライトフィールドをパルス幅変調することができる。この構成は、例えば精密な時分割アライメントおよび／または画素間の対応である上記の要件の両方を回避する傾向があり得る。いくつかの実施形態では、２つ以上のＤＭＤ／反射器で、時間的にフレームのアライメントを得ることができ、さらに概ね空間的にフレームのアライメントを得ることができる。いくつかの実施形態では、予備変調ＤＭＤ／反射器からのぼかしライトフィールドは、主ＤＭＤ／反射器に略重なり得る。他の実施形態では、例えば画像レンダリング性能の助けとするために、空間的アライメントが知られており、これが考慮されることがある。

本出願は、デュアル／マルチ変調プロジェクションシステムの説明で提示しているが、本出願の技術および方法は、シングル変調、または他のデュアル／マルチ変調ディスプレイシステムでの応用を見いだせるであろうことは理解されるべきである。例えば、バックライトと第１の変調器（例えば、ＬＣＤなど）と第２の変調器（例えば、ＬＣＤなど）とを備えるデュアル変調ディスプレイシステムでは、本明細書においてプロジェクションシステムの説明で説明される性能および効率を実現するために、適切なぼかし光学部品ならびに画像処理方法および技術を採用することができる。

また、図１Ａでは、２段またはデュアル変調器ディスプレイシステムを示しているものの、本出願の方法および技術は、１つのみの変調器を備えるディスプレイシステム、または３つ以上の変調器を備えるディスプレイシステム（マルチ変調器ディスプレイシステム）での応用も見いだし得るということも理解されるべきである。本出願の範囲は、これらの様々な代替実施形態を包含する。

図１Ａは、適切な画像プロジェクタディスプレイシステムの１つの可能な実施形態を示している。本実施形態では、プロジェクタディスプレイシステムは、本出願の目的を満たし得るデュアル／マルチ変調器プロジェクタディスプレイシステム１００として構成されている。プロジェクタシステム１００では、最終的に投影された画像が、その投影画像の想定される鑑賞者にとって十分な輝度となるように、プロジェクタシステムに所望の照射を与える光源１０２を採用している。光源１０２として、任意の適切な光源を含むことができ、可能性として、キセノンランプ、レーザ（群）、コヒーレント光源、部分的コヒーレント光源が含まれるが、ただしこれらに限定されない。光源は、プロジェクタシステム全体の電力および／またはエネルギーの主要なドロー（major draw）であるため、その作用の過程で電力および／またはエネルギーを節約するように、光の効果的利用および／または再利用が望ましい場合がある。

光１０４は、第１の変調器１０６を照射することができ、そして次に、オプションの一組の光学部品１０８を通して第２の変調器１１０を照射することができる。第２の変調器１１０からの光は、投影レンズ１１２（または他の適切な光学部品）で投影されることで、スクリーン１１４上に最終的な投影画像を形成することができる。入力画像および／またはビデオデータを受け取ることができるコントローラ１１６によって、第１と第２の変調器を制御することができる。コントローラ１１６は、その入力画像／ビデオデータに対して、いくつかの画像処理アルゴリズム、色域マッピングアルゴリズム、または他のそのような適切な処理を実行し、そして所望の最終投影画像１１４を得るために、第１と第２の変調器に制御／データ信号を出力することができる。さらに、一部のプロジェクタシステムでは、その光源によっては、最終投影画像の画質のさらなる制御を実現するために、光源１０２（図示していない制御線）を変調することが可能な場合がある。

後述するように、光源１０２から第１の変調器１０６への光路に導入され得る光リサイクルモジュール１０３を、図１Ａに点線ボックスとして示している。本説明は、この位置付けの説明で提示するが、プロジェクタシステム内の様々な点で、光リサイクリングをプロジェクタシステムに導入してもよいことは理解されるであろう。例えば、第１と第２の変調器の間に光リサイクリングを導入することができる。さらに、ディスプレイシステムの光路における複数の点に、光リサイクリングを導入してもよい。そのような実施形態は、部品数の増加によって、より高コストとなり得るが、その増加は、複数の点の光リサイクリングの結果としてのエネルギーコスト削減とバランスさせることができる。

図１Ｂは、シングル変調器１０６ｂを備えるプロジェクタディスプレイシステム１００ｂの一実施形態を示している。光源１０２ｂは、（場合によっては、図示していないコントローラによる制御の下で）光ビーム１０４ｂを発し、これは前述と同様に、光リサイクルモジュール１０３ｂを通して伝送され得る。変調器１０６ｂは、コントローラによる要求に応じて光を選択的に反射することができ、そして変調された光１０８ｂは、プロジェクタ光学系１１２ｂを通して伝送されて、鑑賞されるべき最終的な所望の画像としてスクリーン１１４上に投影され得る。

図１Ｃは、複数のカラーレーザチャネル（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）において光リサイクリングを実施し得る光リサイクルモジュールの一実施形態を示している。本例に示すように、ディスプレイシステムは、赤色光源（Ｒ）を備えることができ、これはインテグレータロッド１２６（例えば、Ｂの場合は１２４、Ｇの場合は１２２）に入射して、（場合によっては、内部全反射によって）伝送されることができ、これにより、リサイクル位置１２０ｂまたは伝送位置１２０ａを呈し得る１つ以上の反射体を有し得る制御可能な反射器１２０に達する。光をリサイクルすべきときには、反射器１２０ｂは、レーザ光をインテグレータロッド１２６に戻すように反射して、これにより、反射器が伝送位置１２０ａに移行するための（図示していないコントローラによる）指令を受けるまでの間に、その光路内で複数回反射し得る。反射器１２０ａによって伝送される光は、図示のように赤ミラー１２８に誘導されることができる。青色光の場合には、ダイクロイックコンバイナ１３０で、青色光を赤色光と合成することができる。同様に、その後、ダイクロイックコンバイナ１３２で緑色光を合成することができ、次に、その光は、光学素子１２０で簡単に示すように、さらに変調および／または投影され得る。この光リサイクルモジュールが、要求に応じて、シングル変調器、デュアル変調器、および／またはマルチ変調器ディスプレイシステムの目的を満たし得ることは理解されるであろう。

［光リサイクリングの一実施形態］
図２は、本出願の目的に適し得る光リサイクリングサブシステムおよび／またはモジュールの一実施形態を示している。上記したように、プロジェクタシステムにおいて、主に光源１０２と第１の変調器２２１との間に、光リサイクリングサブシステム／モジュールを導入することができる。光源１０２からの光は、（例えば、図３に示すようにポート２０１ｂを介して）インテグレータロッド／チューブ／ボックス（integrating rod/tube/box）２０２を介して光路に入力することができる。インテグレータロッド／チューブ／ボックス２０２は、その内部に概ね反射面を有し得ることで、その面への入射光は、その右端２０３で光が抜け出るまで、（例えば、場合によっては複数回）反射されることがある。光がインテグレータロッド／チューブ／ボックスを抜け出ると、その光は、例えばレンズ２０４、２１４、２１６ならびにフィルタおよび／または偏光子２０８、２１０、２１２のセットからなる光学素子セットで規定される光路内に導入され得る。

第１の変調器２２１は、いくつかのプリズム２１８ａ、２１８ｂと、反射器２２０とを有し得る。反射器２２０は、反射体のデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device : ＤＭＤ）アレイ、またはマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）アレイ、または少なくとも２つ以上の光路に光を反射し得る可能性のある他の任意の適切な反射体セット、を含み得る。そのような光路の１つを、図２に示している。図示のように、反射器２２０は、光をプリズム２１８ａと２１８ｂの界面へと誘導し、これにより、光はレンズアセンブリ２２２へと反射された後に、（例えば、レンズアセンブリ２２４、プリズム２２６および２３０、反射器２２８を有する）第２の変調器２２９に達し得る。この光を用いて、観客によって鑑賞されるべき最終投影画像を形成することができる。

しかしながら、最終投影画像のレンダリングの最中には、光源１０２の全パワー／全エネルギーは必要ではない可能性のある何らかの時期がある。光源１０２のパワーを変調することが不可能である場合には（または困難である場合または光を節約する追加の機会がある場合）、光源１０２からの光をリサイクルすることが望まれる場合がある。このような場合には、図２で分かるように、反射器２２０を、図示のようなその現在の位置（すなわち、第２の変調器に至る光路を進むように光を誘導する位置）から、上述の光路と概ね同じ光路に沿って右から左方向に進んでインテグレータロッド／チューブ／ボックス２０２へと戻るように光を概ね反射させるような代わりの位置に、調整することが可能であり得る。一実施形態では、リサイクルシステムは、画像の一部をより明るくすることができる。これは、画面の大部分が暗く、一部が非常に明るい場合に望ましい。

他の実施形態では、（オプションの）第３の光路（図示せず）によって、反射器は、光源からの光を、光「ダンプ（dump）」に、すなわち光が吸収されるプロジェクタシステムの部分に、誘導することが可能となる。この場合、その光は、プロジェクタシステムから散逸される熱として浪費される。このように、プロジェクタシステムは、要求に応じて光を誘導することに関して、多様な自由度を有し得る。

図３は、光リサイクリングの実施を助ける近位端２０１（すなわち、光源に最も近い端）の一実施形態を示している。図示のように、光は、インテグレータロッド／チューブ／ボックス２０２を通って（例えば、複数回の反射によって）近位端２０１に戻るように進み得る。さらに、近位端２０１は、反射面をさらに含み得る裏側部分２０１ａと、光源１０２からの光がプロジェクタシステムに入力され得るポート開口２０１ｂと、を有し得る。裏側部分２０１ａに衝突する光は、（第１の変調器の反射器（群）が光を最終画像の形成のための第２の変調器または他の何らかの適切な光路に伝送する向きにされるまでの間、場合によっては複数回）インテグレータロッド２０２に沿って反射し返されることがある。図２および３の例は、（本明細書で提示する他の例と同様に）ディスプレイシステムを通る光路における何らかの点で光をリサイクルすることが可能な光リサイクルモジュールの一例とみなすことができる。

図１４は、少なくとも１つのレーザおよび／または部分的にコヒーレントな有色光源１４０２、１４０４、１４０６用のモジュールとして機能し得る光リサイクルモジュール１４００のさらに別の実施形態である。そのような光源からの光を、図３にあるような反射する近位端１４１０を有し得るインテグレータロッド１４１２への入力用に光を調整するための第１の光学サブシステム１４０８を通して、伝送することができる。第２の光学サブシステム１４１４は、第１の変調器１４１６への入力に先立って、光を要求通りにさらに調整することができる。上記の図２および３の場合と同様に、モジュール１４００のこの第１枝で、上述のような光リサイクルモードを実施することができる。

第１の変調の後に、鑑賞用の最終画像を投影するためのプロジェクタ光学サブシステム１４２２を通した伝送用に光を変調する第２の変調器１４２０への入力に先立って、第３の光学サブシステム１４１８を通して光を伝送することができる。

［ハイライトの実施形態］
一実施形態では、オプションのハイライト変調器（highlights modulator）によって、その変調器を予備変調器と併用するのでなければ、利用できる光の一部を用いて、調整可能な照射を実現することができる。このことを具体化するために、機械的および／または非機械的サブシステムの両方と、ビームステアリング技術を採用することができ、例えば、機械的ステアリングを用いたシステム内の各種光路への照射源のステアリング部分、空間光変調器または他の空間変調方式によるホログラムが可能な場合がある。このようなシステムでは、所望の場所への光のステアリングによって効率を高めることが望ましい場合がある。

機械的ビームステアリングでは、水平方向および／または垂直方向の可動域にわたる制御が可能な反射素子群を使用することができる。制御された不均一照射を発生させるハイライト変調器の後に続いて、これらの反射素子は、これに到達した光を変調器の所望の領域へと誘導する。

非機械的ビームステアリング方法では、空間光変調器を使用することができ、これにより、変調器に到達した均一なコヒーレント光の位相をシフトさせる。位相シフトされた光は、レンズを通して結像するときに３次元ライトフィールド（three dimensional light field）を生成する。様々に異なるシャープネスまたはＰＳＦ特性を有する縮小次元結像から、２次元ライトフィールドを生成する後続の変調器の１つへと、３次元ライトフィールドを、様々に異なる平面を有する２次元ライトフィールドに結像させることができる。

実現態様に関わりなく、ハイライト変調とは、変調器を用いて、変調器に到達した光を後続の変調器上の任意の場所に誘導することを意味する。「任意の場所」という用語は、位置範囲および粒度などの制限があり得るものの、ハイライト変調器を他の変調器と区別するために使用され得る。

ハイライト変調素子の数、ハイライト変調器によって得られるＰＳＦ特性および総カバレッジに応じて、一部の実施形態では、それと主変調器／第２の変調器との間に予備変調器／第１の変調器を備える必要がない場合がある。一部の実施形態では、ハイライト変調器が、その後に変調（予備変調または主変調）を必要としないように、そのような性能を有し得ることが可能な場合がある。

［ハイライト変調から予備／主変調へのリレー光学系の制御］
いくつかの実施形態において、ハイライト変調器が予備変調器／第１の変調器または主変調器／第２の変調器上に生成する照射の点広がり関数形状を制御するために、リレー光学系を調整することが可能であり得る。一部の実施形態では、半値全幅の大きさを調整するため、ならびにＰＳＦの形状または裾を制御するため、の制御を備えることができる。光リサイクリングを採用している場合には、インテグレータロッドを追加的に通過することによって光の均一性および角度多様性が変化し、この変化が結果的に得られるＰＳＦに影響を及ぼすので、結果的に得られる性能を予測、監視、および／または測定することが望ましい場合がある。

［予備変調／第１の変調の実施形態］
いくつかの実施形態において、予備変調／第１の変調では、主変調器への途中で予備変調器に到達する光を変調する能力を必要とし得る。場合によっては、予備変調は、システムコントラストを向上させるために採用されることがある。ハイライトすること（highlighting）によって、非結像の予備変調器照射に加えてハイライト画像で予備変調器を照射し得ることが可能である。

いくつかの実施形態において、適切な予備変調器／第１の変調器は、ＤＭＤ、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）、ＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ：液晶オンシリコン）、または他の強度変調器であり得る。実現態様に関わりなく、予備変調は、到達した光強度を後続の変調器に向けて変調するために用いることができる。予備変調器素子（例えば、ミラー、画素など）は、それぞれ、後続の変調器上の、または予備変調器の後続のさらなる変調がない場合にはスクリーン上の、決まった位置に影響を及ぼす。予備変調素子の数、予備変調器によって得られるＰＳＦ特性および総カバレッジに応じて、予備変調器の後続の主変調器を備える必要がない場合がある。予備変調器が、その前または後に変調（例えば、ハイライト変調または主変調）を必要としないように、そのような性能を有し得ることが可能である。

［予備変調から主変調へのリレー光学系の制御］
これは、ハイライト変調器または予備変調器が主変調器上に生成する照射の点広がり関数形状を制御するために、リレー光学系を調整する能力を意味する。半値全幅の大きさを調整するため、ならびにＰＳＦの形状または裾を制御するための制御を備える。予備変調器を用いたリサイクリングを採用することが可能であり、インテグレータロッドを追加的に通過することによって光の均一性および角度多様性が変化し、この変化が結果的に得られるＰＳＦに影響を及ぼすので、結果的に得られる照射強度を監視、モデル化、予測、および／または測定することが望ましい場合がある。

［主変調器の実施形態］
主変調／第２の変調では、スクリーンへの途中で主変調器に到達する光を変調する能力を必要とし得る。いくつかの実施形態では、これにより、高コントラスト、ならびに所望の空間および強度分解能を有して、結果的に得られる画像品質が確保される傾向があり得る。いくつかの実施形態では、非結像の主変調器照射に加えて、ハイライト変調器および／または予備変調器の画像で主変調器を照射し得ることが可能な場合がある。

いくつかの実施形態において、適切な主変調器／第２の変調器は、ＤＭＤ、ＬＣＤ、ＬＣｏＳ、または他の強度変調器であり得る。実現態様に関わりなく、主変調／第２の変調は、その変調器に到達した光強度をスクリーンに向けて変調するように機能し得る。主変調器素子（例えば、ミラー、画素など）は、それぞれ、スクリーン上の決まった位置に影響を及ぼす。投影光学系によって決まる全体的なサイズおよび形状の投影スクリーン画像を形成するために、各位置のサイズおよび形状は一貫していなければならない。主変調器のコントラスト範囲によっては、ハイライト変調器または予備変調器を使用する必要がない場合がある。主変調器が、その前に変調（ハイライト変調または予備変調）を必要としないように、そのような性能を有し得ることが可能である。主変調器を用いたリサイクリングを採用することが可能であり得る。所望の画像が形成されることを確保するように、照射調整または変調器への信号を変化させることによる補正のために、結果的に得られる照射強度レベルを経時的に把握することが望ましい。このレベルを測定することが可能である。また、このレベルをアルゴリズムでモデル化して予測することも可能である。

［他のプロジェクタシステムの実施形態］
図４は、光リサイクリングを実施することが可能かつ／または望ましい場合があるデュアル／マルチ変調器プロジェクタシステム４００の他の実施形態を示している。図示のように、プロジェクタシステム４００は、１つ以上の光源（例えば、４０２ａおよび／または４０２ｂまたは他の追加の光源）を備え得る。本実施形態では、光源４０２ａは、図２Ａの実施形態に類似したものであり得るインテグレータサブシステム／ボックス４０４ａ内に光を供給する。４０２ａからの光は、やがて第１の変調器４０６に到達することができ、その第１の変調器４０６は、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、および／または２と略同じ（すなわち、インテグレータサブシステム／ボックス４０４ａ内に光を反射し返し得る反射器を有する）ように構成することができる。次に、光は、光学サブシステム４０８、第２の変調器４１０に進むことができ、その後、プロジェクタレンズ４１２に達して、最後的な投影画像がスクリーン４１４上に形成され得る。

一方、もう１つの（または、他の実施形態では１つより多くの）別の光源４０２ｂを用いることによって、光リサイクリングのための別の機会を発生させることができる。一実施形態では、光源４０２ｂを、もう１つの主光源として（すなわち、相当な時間、最終画像のための相当量の光を供給するために）採用することができる。本実施形態では、４０２ｂからの光を、反射器４０３でさらに反射することができ、この光を、ビームスプリッタ４０５において４０２ａからの光と合成することができ、この合成ビームで、相当な時間、最終画像を形成する。

他の実施形態では、画像の一部の範囲内でハイライト照射を提供するために、より少ない時間、光源４０２ｂを使用することができる。反射器４０３は、場合によっては（例えば、光をダンプまたは他のリサイクルサブシステムに誘導するために）可動である単一ミラーであり得るということは理解されるべきである。あるいは、４０２ｂからの追加の光のより細かい微調整を得るために、反射器４０３は、反射体（例えば、ＭＥＭＳ、ＤＭＤなど）のセットおよび／またはアレイであってよい。

さらに別の実施形態では、光源４０２ｂはオプションとすることができ、インテグレータサブシステム／ボックス４０４ｂは、光源４０２ｂがあるかもしれない場所の近位にある端に完全反射面を有することができる。本実施形態では、光は、（例えば、ボックス４０４ａ内と同様に、ボックス４０４ｂ内に）光をその中でリサイクルするためのもう１つの光路を有し得る。他の実施形態では、４０５として、ワンウェイミラーを使用することが可能な場合がある。この場合、反射器４０３は、光を４０４ｂ内にリダイレクトし得る単なる制御可能なミラーであり、従って、反射器４０３は、リサイクリングのためにシステムを「折り畳む（fold）」ことのみ必要であり得る。そのような実施形態では、光を４０４ａ内でリサイクルさせる必要はない場合があり、代わりに４０４ｂ内で光をリサイクルさせることができる。これは、リサイクル反射器が光入力用の孔を備えなくてもよく、はるかに効率的なリサイクラ（recycler）となるので、望ましい場合がある。

図５は、さらに別の実施形態であって、光リサイクリングが可能かつ／または望ましい場合がある実施形態である。プロジェクタシステム５００は、光源５０２と、前述のようなインテグレータサブシステム／ボックス５０４と、を備え得る。偏光子５０５は、光の選択可能な部分を一方向に偏光するＬＣＤのような制御可能な偏光子であり得る。ビームスプリッタ５０６は、一方向の偏光を均一なライトフィールド５１４として真っ直ぐに通過させる偏光ビームスプリッタとすることができ、その光は、５１６を用いて合成されて主変調器５１８に達する。他の方向に偏光した光は、５０６で、５０８としてリダイレクトされる。ミラー５１０は、システムを折り畳み、システムの構成に応じて予備変調器またはハイライト変調器５１２のいずれかに光を到達させるためのミラーであり得る。

その後、５１２からの不均一なライトフィールドは、５１６を用いて５１４と合成されて、５１８を照射する。５１２が予備変調器である場合には、画像５２２の極めて暗い部分の暗さを外れた５１２の第１段階よりも低い何らかの基準レベルの照射を提供するために、ビーム５１４を用いることができる。あるいは、５１２がハイライト変調器である場合には、５１４を用いて、５１２で生成される不均一なライトフィールド内の光が存在しない領域において画像５２２で必要とされる均一な光レベルを提供する。

他の実施形態では、（図３に示すものと同様の）リサイクル型インテグレータロッドを５１０と５１２の間（または５０６と５１０の間）に導入し、（例えば、反射裏面を有しない）非リサイクル型インテグレータロッドを５０６と５１６の間に導入することが可能であり得る。このような実施形態では、光を高密度ビームとして維持するために、５０２の後の５０４を取り除くことが望ましい場合がある。

［概略的な一実施形態］
図６Ａおよび６Ｂは、このような光リサイクリングのための複数の機会が得られるプロジェクタシステムについて、１つ以上の可能な実施形態を概略的に示している。図６Ａは、デュアル／マルチ変調器プロジェクタシステムで可能であり得る処理６００を概略的に示している。この処理は、様々なレーザ、コヒーレント光源、または部分的コヒーレント光源からの光を含むことができ、その場合、例えばレーザ光は、パルス状（６０２）であるか、またはレーザダイオード６０４によって供給され得る。そのような光は、（上記の実施形態のいくつかに関連して記載したような）様々なアーキテクチャおよび態様で、合成および伝送（６０６）することができる。その後、光を、成分（例えば、６１０〜６２０）に分離（６０８）することができ、さらに、この光を、ハイライト照射（６２８）、ダンプ照射（６３０）、予備変調（または第１の変調器）照射（６２６）、主変調（または第２の変調器）照射（６２４）のような様々な機能を果たすように、合成および分離（６２２）することができる。

一実施形態では、グローバルディミング（global dimming）のために、表示領域全体に均一に影響を及ぼすようにレーザパワーを調整する傾向がある。これは、レーザおよび／または光源パワーを調整することが可能なプロジェクタシステムにおいて、一部の画像およびシーンに適している場合がある。一方、状況によっては、低輝度レベルでは、制御可能な基準レベルの均一照射をハイライト変調器、予備変調器／第１の変調器、または主変調器／第２の変調器に直接当てることが効果的な場合がある。この種のレーザパワー調整を制御することは、別の形のグローバルディミングであると考えられる。

ディスプレイシステムにおいて複数のレーザ源（それぞれに制御可能な光源としての個別レーザもしくはレーザ群、またはレーザもしくはレーザ群をそれぞれ制御可能な光源に分割することによるもののいずれか）を採用している一実施形態では、１つずつが表示領域の一部に影響を及ぼして、ローカルディミング（local dimming）を可能とするように、それらを空間的に配列することが可能であり得る。この方法は、それらのローカルディミング領域が空間的に固定されているという点で、ハイライト変調ローカルディミング領域が空間的に調整可能であり得るハイライト変調器とは異なる。ミラーに到達した光を、変調器上の所定の空間領域に光を誘導する分割インテグレータロッドのような空間配向させたファイバまたは光学部品に誘導することによって、各領域に対するレーザパワー調整を制御するために、機械的な光ステアリングを用いることが可能である。

そのような場合、機械的な光ステアリング装置は、ハイライト変調器および／または予備変調器ではなく、レーザパワー調整の一部とみなすことができるが、これらのシステムで、機械的ステアリングにおいて個別に制御可能な要素の数が、空間領域の数よりも多い場合には、各領域の光源を直接変化させる必要はなく、固定光源または可変光源からの照射を空間的に再分配することが可能であるというさらなる利点がある。それらの変調器に対するレーザ照射の空間的適用は、各々の変調器に対する照射光学系によって制御することができる。グローバルディミングのためには、照射光学系（例えば、レンズ、インテグレータロッドなど）による照射によって、変調器を均一に照射するように構成することができる。ローカルディミングのためには、照射光学系（例えば、レンズレットアレイ、分割インテグレータロッドなど）による照射は、各光路を進んで、適切なＰＳＦを構成するように変調器の所望の部分に広がるように設計することができる。

照射の大部分を予備変調器／第１の変調器が受けると予測される実施形態において、光リサイクリングを実施する場合には、分割もしくはレーザパワー制御によるか、またはコントラストを低下させ得る補正のための変調器を使用することによるか、いずれかによって、その照射を調整可能とすることが望ましい場合がある。

［いくつかの概略的な実施形態］
図６Ｂは、図６Ａに示すような処理を実施し得るプロジェクタシステムについて、いくつかの概略的な実施形態を示している。システム６３２は、オプションとして、ハイライト変調器６３６への光路６３４内に入射するハイライト照射６２８を提供することができる。この光は、光路６４４を介した予備変調（または第１の変調器）への光路６４２に送られ得るか、または光はダンプ（６３８）されて、さらに場合によっては６４０でリサイクルされ得るか、いずれかである。

予備変調器／第１の変調器の段階では、光路６５２を介して６２６で光を入力することができる。この光を、前述のように、予備変調器／第１の変調器６４６でハイライト照射と合成することができる。この光は、（例えば、予備変調画像６５４を形成して）主変調器／第２の変調器に送られ得るか、またはダンプされて、さらに６４８でリサイクルされ得るか、いずれかである。

主変調器／第２の変調器（６６０）は、予備変調器／第１の変調器または主変調照射６２４からの光を（例えば、光路６５６、６５８をそれぞれ介して）受けることができる。この光を、主画像６６２として、（場合によっては、光源がコヒーレントまたは部分的にコヒーレントである場合には、振動を伴う）投影スクリーン６６８上に投影画像６６６を形成する投影光学系６６４に送ることができ、そしてオーディトリアム（auditorium）６７０などで鑑賞され得る。それ以外であれば、光は、ダンプされて、さらに６７４でリサイクルされ得る。

この概略図で、様々な可能なプロジェクタシステムをサポートすることができ、それらのすべてが本出願の範囲に包含されることは理解されるであろう。プロジェクタシステムアーキテクチャで、本出願の目的のための光リサイクリングの１回以上の機会をサポートできれば、十分であり得る。

［制御アルゴリズムの実施形態］
上述のように、画像、画像セット、またはビデオの投影の最中には、最終投影画像を形成するために光源の全パワーの使用が望まれないことが何度もある。その場合、光の一部を、より高輝度の画像を形成するために必要となるまで、（略無制限に）何度もリサイクルすることができる。さらに、反射器２２０が実際には一組の反射体（または反射体アレイ）を有し得るので、光をリサイクルする機会は、ローカルディミングに基づくものとすることが可能であり得る。１つの可能な実施形態では、グローバルディミングまたはローカルディミングに基づいて、最終投影画像を形成するために利用できる光のすべてが必要ではないときに、光リサイクリングを採用し、そしてその後、それを、例えば最終投影画像において「ハイライト」を投影するために、目的を持って使用することが可能であり得る。ハイライトは、画像の一部分であって、その部分を強調するために、画像のその周辺部分よりもかなり高い輝度エネルギーを誘導することが要求される部分であり得る。

他の実施形態では、やはりグローバルディミングまたはローカルディミングに基づいて、先行するものよりも平均して高輝度である画像またはシーンの場合に、その画像またはシーンの輝度を向上させるために光リサイクリングを採用することが可能であり得る。それらの機会は、図６Ｂに見られるように、予備変調器／第１の変調器段、または主変調器／第２の変調器段の照射の際に生じ得る。

一実施形態では、プロジェクタシステムは、いかにして最適に光リサイクリングを採用するかに関して、コントローラによって、これが入力画像／ビデオデータを処理する際に判断することができる。リサイクルするという決定は、画像データを処理するときにオンザフライで、またはフレーム、フレームセット、もしくはシーンごとのルックアヘッド方式で事前に、下すことができる。他の実施形態では、ビデオおよび／またはシーンの全体をオフラインで分析することができ、そして制御信号を、関連したメタデータストリームの一部として、画像／ビデオデータと共にコントローラに送ることができる。

図７Ａは、光リサイクリングを実施するためのフローチャートの一実施形態である。制御システム／方法７００では、７０２で、画像データを入力することができる。システム／方法は、（例えば、図７Ｂに示すような）応答曲線および／または応答テーブルに基づいて、変調器の個別変調色（ＩＭＣ：Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｌｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｌｏｒ）の各々について平均画像レベル（ＡＰＬ：Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）を計算することができる。図７Ｂのグラフに示すように、それぞれの個別色は、所与のＤＭＤ充填率に対して異なる相対輝度を示し得る。光リサイクリングを実施する際には、視覚的な色アーチファクトを除去および／または軽減するために、これらの色による違いを考慮することが望ましい場合がある。理解されるべきことは、図７Ａおよび８のフローチャートでは、リサイクリングによって均一なライトフィールドが生成されると仮定できる一方、図９のフローチャートでは、リサイクリングによる空間的強度変動を考慮して図７Ｃおよび１０のテーブルを採用することができるということである。例えば、図７Ｃに示すテーブルによれば、入力画像を画像領域の５×４配列に分割することができ、画像領域の各々における光リサイクリングは、０％から４０％まで、説明したように調整することができる。

図７Ａに戻って、７０６で、システム／方法は、各ＩＭＣの相対輝度増加を特定することができる。これが達成されたら、システム／方法は、各ＩＭＣの輝度増加の逆数に、照射源強度を低下させるようにディスプレイシステムに指示することができる。例えば輝度増加の何らかの関数の何らかの反比例関係など、照射源強度と輝度増加との間に他の関数関係が可能かつ／または望ましい場合があることは理解されるべきである。「逆数」という用語が本明細書で使用される場合に、そのような他の実施形態も可能であることは理解されるであろう。７０８で、光源強度を調整することが可能であるが、一部の実施形態では、リサイクリングは同じままであってよい（例えば、光源低下によって、変調器への照射が多すぎないように絶対値のみ変更されればよく、リサイクリングのパーセンテージは変更されなくてよい）。光は高速で進み、最も高速のＰＷＭサイクルであっても相対的には極めて遅いため、リサイクリングは瞬時的なものと考えることができ、その結果の照射レベルは、変調器がその現在の状態に切り替わった直後に達成され得る。

主変調器（例えば、変調を複数の時間区間に広げる変調器）としてＤＭＤ（群）を採用するシステムの場合には、時間区間ごとに変調器状態および結果としてのリサイクルレベルがあってよく、それぞれを計算および補正することができる。予備変調器としてＤＭＤ（群）を採用するシステムの場合には、システムは、フレームごとに１回のみ変化し得る２値ハーフトーンパターンでそれらＤＭＤを駆動し得るので、時間区間は１つのみの場合がある（例えば、実際には、フレームごとに１〜４回変化し得るが、これは、ＤＭＤ主変調器の場合の数十〜数百の時間区間よりも著しく少ない場合がある）。主変調器としてＬＣＤおよびＬＣｏＳを採用する実施形態では、表示中に、これらを（ＤＭＤと比較して）低速で切り替えることができるので、結果としてのリサイクリングは、いかにして補正するか決定するために、その時間にわたってインテグレートすることができる。

図７Ａの制御システム／方法は、概して、任意のデュアル／マルチ変調器ディスプレイシステムで機能し得るが、この制御は、（例えば、図１Ｂと同じまたは類似の形態で構成され得るような）シングル変調器プロジェクタシステムの説明でも機能することができる。主変調器でのリサイクリングは、ＤＭＤ、ＬＣｏＳ、およびＬＣＤによるシステムの時系列性から得られることがある。

図８は、光リサイクリングのためのさらに別の制御システム／方法（８００）である。制御は、８０２で、画像データの入力を開始することができる。８０４で、システムは、各ＩＭＣについてＡＰＬを計算することができる。次に、システムは、８０６で、各ＩＭＣの相対輝度増加を特定することができる。８０８で、システムは、各ＩＭＣの輝度増加の逆数に最も近い設定に、照射源強度を低下させることができ、場合によってはその逆数値を下回ることがないように低下させることができる。一実施形態では、システムは、変調器で光を増加させることなく減少させることを想定することができ、そのような場合、システムは、照射源を所要レベル未満に低下させることは望まれない可能性がある。一方、他の実施形態では（例えば、変調器画像の大部分が暗い場合に）、その逆の傾向があり得る（例えば、システムは、照射を減少させて、より多くの光を通過させるように変調器を設定することができる）。そのような場合、ステップ８０８では、各ＩＭＣの輝度増加の逆数に最も近い設定に照射源強度を低下させるとともに、さらに変調器補正が可能であるように進行し得る。

次に、システムは、８１０で、輝度増加の所望の逆数と、照射源で得られる設定との差を補償するために、変調器に誘導される像の強度を低下させることができる。あるいは、ステップ８１０で、輝度増加の所望の逆数と、照射源で得られる設定との差を補償するために、変調器に誘導される像の強度を調整してもよい。

図９は、光リサイクリングのための制御システム／方法のさらに別の実施形態である。ただし、この制御システム／方法は、リサイクリングに起因する光の不均一性を考慮および／または調整する必要があり得るとともに照射強度制御が細かい粒度または連続的であるディスプレイシステムにおいて、良好に機能し得る。システム／方法９００では、９０２で、画像データを入力することができる。９０４で、システムは、各領域の（すなわち、いくつかの異なる領域に画像が分割され得る場合の）ＩＭＣについて、ＡＰＬを計算することができる。９０６で、システムは、実験的統計に基づいて、各領域の各ＩＭＣの相対輝度増加を特定することができる。システムは、（例えば、いくつかの領域はオフで、残りはオンである）パターンを変調器に誘導し、光の分布を観測することができる。暗領域の位置に応じて、そのリサイクルされる光は不均一に変調器に戻り得る。この不均一性を変調器において補正する必要がある。

９０８で、システムは、各ＩＭＣについて、最も低い輝度増加を有する領域の逆数に、照射源強度を低下させることができる。システムは、照射源強度設定に基づいて、各領域の各ＩＭＣの相対輝度増加を特定することができる。次に９１２で、システムは、その領域の輝度増加の所望の逆数と、照射源の設定との差を補償するために、変調器の各領域に誘導される像の強度を低下させることができる。

入力画像が画像領域の５×４配列に分割されていることを前提として、図１０は、（例えば、実験的統計の一部として導出されるような）何らかの変調器領域パターンを所与として、変調器における光リサイクリングの不均一なレベル設定についての、部分的に記入されたテーブル（例えば、測定、推定、および／または計算によって、中央とコーナの値のみが記入されており、残りは同様にして埋めることができる）の例を示している。他の態様では、パターンを提示して、その後、結果としてのリサイクルレベルを、その特性に基づいて調整することが可能であり得る。例えば、表１は、画像領域の３×３配列に分割された画像の輝度特性を示している（例えば、各領域において、平均輝度レベルまたはピーク輝度レベルが所定の輝度閾値（例えば、１０ニット）を上回るか下回るかを示している）。例えば、右下領域はＯＦＦ（または閾値未満）であるので、一実施形態では、表２に示すように、この領域のより近くで、光リサイクリングが最も多く実施され得るとともに、より遠くに位置する画像領域では減少し得る。実験によって導出された多くのこのようなテーブルを、９０６で使用することができる。

図１１は、輝度増加に応じて照射源強度を低下させるためのアルゴリズム（１１００）の一実施形態である。このような輝度増加は、一部のシステムにおいて、個別変調色ごとに発生することがある。

１１０２で、システムは、鑑賞用の所望の画像を入力することができる。１１０４で、システムは、個別変調色（ＩＭＣ）の各々について、予備変調器で生成されることが要求される（またはその他の要求される）ライトフィールドを計算することができる。１１０６で、システムは、その予備変調器の各ＩＭＣについて、平均画像レベル（ＡＰＬ）を計算することができる。１１０８で、ＩＭＣの各々の相対輝度増加を、そのＡＰＬに基づいて特定することができる。次に１１１０で、システムは、各ＩＭＣの輝度増加の逆数に、照射源強度を低下させることができる。

図１２は、特に、例えば図５に示すように、画像の投影のために偏光を採用し得るシステムにおいて、照射源強度を低下させるためのアルゴリズム（１２００）の一実施形態である。

１２０２で、システムは、鑑賞用の所望の画像を入力することができる。１２０４で、システムは、場合によってはＩＭＣの各々について、主変調器に直接向けられるべき（例えば、図５の５１４のような）光量を計算することができる。次に１２０６で、システムは、各ＩＭＣについて、予備変調器で生成されることが要求されるライトフィールドを計算することができる。次に１２０８で、その予備変調器の各ＩＭＣについて、ＡＰＬを計算することができる。次に、システムは、１２１０で、各ＩＭＣの相対輝度増加を、そのＡＰＬに基づいて特定することができる。１２１２で、システムは、各ＩＭＣの輝度増加の逆数に、照射源強度を低下させることができる。これは、各ＩＭＣについて、主変調器に直接向けられるべき光量も含み得る。次に１２１４で、システムは、所望の光量を主変調器に直接向けることができるように、ビームスプリッタ（例えば、５０６）への偏光を揃えるために、偏光子（例えば、５０５）を調整することができる。

図１３は、ディスプレイシステムが光リサイクリングに関わり得ることを想定することなく生成された画像を入力することができるアルゴリズム（１３００）の一実施形態である。一実施形態では、システムは、光リサイクリングのための調整を多くの可能な方法で実施することができ、例えば、メタデータによって芸術的意図を保護しつつ、「ＥＤＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）マスタ」のグレーディングおよびターゲットディスプレイ能力へのマッピングを採用することができる。

１３０２で、システムは、鑑賞用の所望の画像を入力することができる。この画像は、リサイクリングが実施されない／はずであったと仮定して作成されたものであってよい。１３０４で、システムは、各ＩＭＣについて、ＡＰＬを計算することができる。１３０６で、システムは、各ＩＭＣの相対輝度増加を、そのＡＰＬに基づいて特定することができる。次に、システムは、１３０８で、各ＩＭＣについて実現可能な輝度範囲を、ディスプレイ管理アルゴリズムに供給する（あるいは計算する）ことができる。１３１０で、ディスプレイ管理アルゴリズムは、リサイクル範囲に基づいて表示されるべき画像を生成することができ、それは、リサイクリングによって各ＩＭＣで実現可能なものよりも輝度が低いものであり得るが、場合によっては、それより高くはないものであり得る。次に１３１２で、システムは、各ＩＭＣについて、新たなＡＰＬ（ＮＡＰＬ：Ｎｅｗ ＡＰＬ）を計算することができる。１３１４で、システムは、各ＩＭＣの新たな相対輝度増加を、そのＮＡＰＬに基づいて特定することができる。その後、システムは、１３１６で、各ＩＭＣのＮＡＰＬの逆数に、照射源強度を低下させることができる。

［高ダイナミックレンジプロジェクタシステム用のリレー光学系］
引き続き図１４を参照すると、リレー光学システム１４１８は、第１の変調器１４１６（例えば、予備変調器）と第２の変調器１４２０（例えば、主変調器）との間に導入されることを示している。このようなリレー光学システムは、画像処理におけるアーチファクト量を低減するためであるとともに、投影画像のコントラストを向上させるためにも、望ましい場合がある。

本明細書で記載する一実施形態の説明では、第１の変調器／予備変調器は、画像データ値に基づいて、明細書に記載されたハーフトーン画像のような、ぼかしを付与および／またはデフォーカスした画像を生成することが望ましい場合がある。多くの実施形態では、予備変調器から主変調器までの間に、均一にぼかしを付与／デフォーカスした画像を生成する傾向があるリレー光学システムを備えることが望ましい場合がある。さらに、本実施形態では、所望のデフォーカスされたスポット形状を有することが望ましい場合がある。

多くの実施形態では、リレー光学システムは、焦点面を効果的に移動させ、コマ収差を補正し、（例えば、いくらかの望ましい量まで、デフォーカス／ぼかしを付与するとともに、球面収差を付与することによって）広がりを調整するような、レンズまたは他の光学素子を有し得る。

例えば、図１５は、１つの望ましい可能性のあるスポット形状１５０２を示しており、これは、概ねガウス形状であって、ここで、ｘ軸は距離（ｍｍ）であり、ｙ軸は相対照射量である（例えば、「１」は最大照射であり、「０」は暗である）。なお、光リサイクリング、またはハイライトを供給する他のシステム／方法、を提供し得るシステムでは、様々な時点で照射が「１」を超え得るということに留意すべきである。

図１４の光学システム１４１８の他に、図１６は、本出願の目的に適したリレー光学系１６００のさらに別の実施形態である。リレー光学系１６００の両端に、例えば１６０２ａと１６０２ｂ（例えば、ここでは展開したプリズムシステムとして示している）の２つの変調器を配置することができる。本明細書でさらに記載されるように、第１の変調器１６０２ａは、予備変調器であってよく、第２の変調器１６０２ｂは、主変調器であってよい。

第１の変調器１６０２ａによって伝送される光は、第２の変調器１６０２ｂを照射する前に、集束レンズ群１６０４、コマ収差補正レンズ群１６０６、およびフィールド平坦化／球面収差導入レンズ群１６０８を通して、さらに伝送されることができる。多くの実施形態では、リレー光学系は、略テレセントリックであってよく、例えば、主光線（すなわち、開口絞りの中心を通過する斜光線）は、システムの前または後ろにおいて、それぞれ光軸に略平行である。

図１７および１８は、それぞれ集束群１６０４およびコマ収差補正レンズ群１６０６の実施形態を示している。図１７に示すように、第１の変調器１６０２ａからの光は、集束群１６０４に伝送される。集束群１６０４は、さらに、平凸レンズであり得る第１のレンズ１６０４ａを含み得る。レンズ１６０４ｂおよび１６０４ｃは、平凸レンズまたはわずかなメニスカス（meniscus）を有するレンズを含む２つのレンズであり得る。

これらのレンズの各々は、所望の球面収差量を有するように構成され、これとデフォーカスとの組み合わせによって、主変調器が配置される像面において（図１５に示すような）適切な光分布が得られる。より少数のよりハイパワーの要素よりも、複数の弱いレンズによって、所望の球面収差量がより容易に得られる。また、レンズ素子間の距離も、これらの収差の所望量を実現する助けとなり得る。

上述のように、ぼかしおよび／またはデフォーカスの量は、レンズ１６０４ａとレンズ１６０４ｂとの間の距離に応じて、設定および／または制御することができる。一実施形態では、第２の変調器を照射するための十分なデフォーカス／ぼかしを付与するためには、約５〜９ｍｍの距離および／または空隙が適切であり得る。集束群１６０４の他の実施形態では、要素のうちの２つの間の空隙を変化させることによって、焦点を変化させる能力を実現し、これにより、主変調器におけるスポットサイズを調整することができる。これに関連して、要素による調整可能な焦点は、所望の球面収差を生成する傾向もあり得る。

一実施形態では、プロジェクタシステムは、製造時に１度、この距離を設定することができ、それらのレンズを、プロジェクタシステムの耐用寿命にわたって、永久マウントに設定することができる。他の実施形態では、動作の過程で、その距離を、動的に変更することができる。そのような実施形態では、リレー光学系において、レンズのうちの１つ以上を可動に取り付けることができ、その距離は、可動マウントに制御信号を供給するコントローラによる要求に応じて、調整することができる。

図１８は、集束群１６０４からの光がコマ収差補正群１６０６に伝送されることを示している。本プロジェクションシステムのいくつかの実施形態と同様に、互いに対して傾斜した光学素子を有し得る２つの変調器（例えば、２つの変調器は、複数のプリズムなどを有している）の間で光が伝送されることで、ある程度のコマ収差および／または非点収差（stigmatism）が導入される傾向があり得る。従って、多くの実施形態では、このコマ収差および／または非点収差を補正するために、コマ収差補正群１６０６を光路内に導入することができる。コマ収差／非点収差を補正する１つの方法は、図１８に示すように、第２のレンズ１６０６ｂの光軸１６０７ｂに対して第１のレンズ１６０６ａの光軸１６０７ａを所望の量でオフセットさせることによって実現することができる。一実施形態では、両方のレンズ１６０６ａおよび１６０６ｂは、わずかにメニスカスであってよく、その場合、例えば、光路に対して近位の面がわずかに凹状であり、光路に対して遠位の面がわずかに凸状である。一方または両方を平凸レンズとすることが可能であり得る。

さらに、コマ収差補正群１６０６は、光の色補正を提供するように構成され、これにより、例えば、均一な拡大率が得られるとともに追加の補正光学素子の使用をいずれも避けるようにして、プロジェクタシステムで複数の色光（例えば、赤色、緑色、青色）を採用することができる。正素子（positive element）が、低分散のクラウンガラスで構成され、群１６０６の負素子（negative element）が、高分散のフリントガラスで構成される場合には、すべての光波長が略同等に主変調器に集束されるように、ガラスおよび素子の形状を選択することができる。また、この特徴によって、各色に対して同じ拡大率を得ることもでき、３色プロジェクタにおいて、図１６の光学系を、各色の光路について同等に構成することができる。

コマ収差補正群１６０６からの光を、フィールド平坦化／球面収差導入群１６０８に伝送することができる。第２の変調器に伝送される光のための点広がり関数（例えば、概ねガウス分布のＰＳＦ）に追加のデフォーカス／ぼかしを付与するための追加の球面収差を得るために、群１６０８を採用することができる。

いくつかの実施形態において、様々に異なる構成として、１つ、２つ、または３つの群を有し得るリレー光学系を備えることが可能であり得る。例えば、１つのリレー光学系に、様々に異なる組み合わせで、集束群、コマ収差補正群、および／または球面収差導入群を含むことができる。

［光リサイクリングを採用するプロジェクタシステム用のリレー光学系］
本明細書に記載の光リサイクルシステムを採用するプロジェクタシステムにおいて、図１９は、１つの可能な実施形態を示しており、これは、第１の変調器１６０２ａと、第２の変調器１６０２ｂと、リレー光学系と、を備え、リレー光学系は、集束群２００４と、コマ収差補正群２００６と、球面収差導入群２００８と、を有し得る。集束群２００４およびコマ収差補正群２００６および球面収差導入群２００８は、上述のような光リサイクリングを用いない場合と略同じように、機能し得るとともに、設定することができる。

ただし、光リサイクリングを採用するシステムでは、第１の変調器１６０２ａからの光が、（１６０２ａの面２００１から伝送される光で示すように）リレー光学系に入る光路に対して異なる入射角を有することが望ましい場合がある。この入射角を補正するために、第２の変調器１６０２ｂの近位側にプリズム２０１０を導入することができる。このようになり得るのは、物体（予備変調器１６０２ａ）から出射する光は、予備変調器１６０２ａに対して（この場合、主光線角度として参照される）概ね３６度の入射角であり、その光が２４度の入射角で主変調器１６０２ｂに到達するからである。これによって、リサイクリングを採用しない場合には見られない光路における対称性の損失が生じる傾向があり得る。物体面のすべてのコーナから像面まで光が進む（ガラスと空気の両方の）光路は、略同等であることが望ましい場合がある。像面が主変調器１６０２ｂに対して傾斜していることが分かっている場合には、光路における１つ以上のプリズムにガラス楔２０１０を追加することができ、そのような楔の形状は、集束群２００４、コマ収差補正群２００６、および収差導入群２００８を考慮して設計を最適化することにより決定される。

図２０は、例えば、光路に照射する複数のファイバを備える場合の、光源のエタンデュを示している。例えば、図１４において、照射を提供する複数の光ファイバを備えることができる。小さなスポットまたは単一の光ファイバに伝送することができる光は、大きなスポットまたは複数の光ファイバに伝送される光よりも好ましい場合がある。図２０は、リサイクル効率のトレードオフの可能性を示している。インテグレータロッドの入力面においてポートではなく反射体で覆われる可能な最大面積を提供することが望ましい場合がある。

以上、本発明の原理を示す添付の図面を併用して読まれる本発明の１つ以上の実施形態についての詳細な説明を提示した。理解されるべきことは、本発明は、かかる実施形態に関連させて記載されているが、本発明は、いずれの実施形態にも限定されないということである。本発明の範囲は請求項によってのみ限定され、本発明は、多くの代替案、変更、および均等物を包括する。本発明についての完全な理解を与えるため、様々な具体的詳細を本明細書で記載している。それらの詳細は、例示目的で提示されるものであり、本発明は、それら特定の詳細の一部またはすべてを伴うことなく、請求項に従って実施することができる。明確にする目的で、発明が不必要に不明瞭になることがないよう、本発明に関連する技術分野で知られている技術的事項については詳細に記載していない。

Claims (10)

1. 光源からの光のリサイクリングが可能なプロジェクタディスプレイシステムであって、
   光源と、
   インテグレータロッドに沿って光を反射することが可能な反射面を有する近位端で前記光源からの光を受けるように構成されたインテグレータロッドと、
   当該プロジェクタディスプレイシステムの焦点面を移動させることが可能な光学素子をさらに有するリレー光学系と、
   前記インテグレータロッドから受けた光を、第１の投影方向、および実質的に前記インテグレータロッドの方向である光リサイクル方向の少なくとも一方に反射することが可能な複数の可動ミラーを有する第１の変調器と、
   前記第１の変調器から前記第１の投影方向で受けた光を変調するとともに、変調された光を投影用に伝送することが可能な第２の変調器と、を備え、
   前記第１の変調器は、予備変調器を含み、
   前記予備変調器は、表示されるべき所望の画像のハーフトーン画像を生成することが可能である、プロジェクタディスプレイシステム。
2. 前記光源は、レーザ、部分的にコヒーレントな光、部分的にコヒーレントな有色光、ＬＥＤ、キセノンランプを含む群からの１つである、請求項１に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
3. 前記第２の変調器は、主変調器を含み、
   前記主変調器は、前記予備変調器によって生成された前記ハーフトーン画像をパルス幅変調することが可能である、請求項１に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
4. 前記光源は、
   複数の有色光源と、
   各有色光源に対して、近位端で該光源からの光を受けるように構成されたインテグレータロッドであって、前記近位端は、該インテグレータロッドに沿って光を反射することが可能な反射面を有する、前記インテグレータロッドと、
   各有色光源に対して、前記インテグレータロッドから受けた光を投影方向および実質的に前記インテグレータロッドの方向である光リサイクル方向の少なくとも一方に反射することが可能な可動ミラーを有する変調器と、を含み、
   主光線を形成するために、少なくとも２つのインテグレータロッドからの少なくとも２つの有色光線を合成することが可能なダイクロイックコンバイナをさらに備える請求項１に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
5. プロジェクタディスプレイシステムであって、
   光源と、
   入力画像データを受け取って、前記入力画像データに応じた制御信号を送るコントローラと、
   前記コントローラからの前記制御信号によって制御可能な第１の変調器であって、前記入力画像データに基づいて、ぼかしを付与した画像を生成するように構成された前記第１の変調器と、
   前記第１の変調器からのぼかし画像を受けるように構成されたリレー光学系であって、複数の実質的なガウススポットを得るために前記ぼかし画像に所望の量のデフォーカスを付与するようにさらに構成された前記リレー光学系と、
   前記複数のガウススポットを受けるように構成された第２の変調器であって、さらなる投影用の画像を生成するために光を変調するようにさらに構成された前記第２の変調器と、を備え、
   前記リレー光学系は、
   前記所望の量のデフォーカスを生成するために、焦点面を適切な量で移動させるように構成された複数の光学素子を含み、
   前記複数の光学素子は、
   集束レンズ群と、
   コマ収差補正レンズ群と、
   球面収差導入レンズ群と、をさらに含み、
   前記複数の光学素子は、略テレセントリックである、プロジェクタディスプレイシステム。
6. 前記光源は、レーザ、部分的にコヒーレントな光、部分的にコヒーレントな有色光、ＬＥＤ、キセノンランプ、を含む群からの１つである、請求項５に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
7. 前記集束レンズ群は、第１の平凸レンズと、第２のレンズのセットと、をさらに含み、
   前記第２のレンズのセットは、平凸レンズおよびわずかなメニスカスを有するレンズを含む群からの１つを含み、
   前記所望の量のデフォーカスを生成するために、前記第１の平凸レンズと前記第２のレンズのセットとの間に所望の距離が設定されている、請求項５に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
8. 前記コマ収差補正レンズ群は、少なくとも第１のレンズおよび第２のレンズを含み、
   さらに、所望の量のコマ収差補正を得るために、前記第２のレンズの光軸は、前記第１のレンズの光軸からオフセットしている、請求項７に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
9. 前記球面収差導入レンズ群は、前記第２の変調器に送られる光に所望の点広がり関数を与えるための追加の球面収差を得るために、複数のレンズをさらに含む、請求項７に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
10. プロジェクタディスプレイシステムであって、
    光源と、
    入力画像データを受け取って、前記入力画像データに応じた制御信号を送るコントローラと、
    前記コントローラからの前記制御信号によって制御可能な第１の変調器であって、前記入力画像データに基づいて、ぼかしを付与した画像を生成するように構成された前記第１の変調器と、
    前記第１の変調器からのぼかし画像を受けるように構成されたリレー光学系であって、複数の実質的なガウススポットを得るために前記ぼかし画像に所望の量のデフォーカスを付与するようにさらに構成された前記リレー光学系と、
    前記複数のガウススポットを受けるように構成された第２の変調器であって、さらなる投影用の画像を生成するために光を変調するようにさらに構成された前記第２の変調器と、を備え、
    当該プロジェクタディスプレイシステムは、前記リレー光学系の近位にプリズムをさらに備え、
    前記プリズムは、第１の変調器から出射する光の入射角を補正するように構成されている、プロジェクタディスプレイシステム。