JP7196838B2 - 位相変調データ生成装置、照明装置、およびプロジェクタ - Google Patents
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Description
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
0.比較例
1.第1の実施の形態
1.1 概要
1.2 位相変調データ生成の具体例
1.3 効果
2.その他の実施の形態
一般的なプロジェクタでは、均一な光密度の照明光を、液晶パネルやDMD(デジタルミラーデバイス)といった空間光強度変調素子(空間光強度変調パネル)に照射し、所望の光密度の画像を投影する。空間光強度変調素子には2次元的に複数の変調素子が配置される。各変調素子では、書き込まれた信号に応じて光の反射もしくは透過率を制御する。各変調素子に書き込む強度変調信号は、投影する画像から計算する。一般的なプロジェクタでは、空間光強度変調素子にて均一な照明光が強度変調され、投射用の光学系を通じて、所望の画像が投影される。
[1.1 概要]
(位相変調データ生成装置の概要)
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る位相変調データ生成装置1の基本構成例を示している。
位相変調データ生成装置1では、まず、事前処理として、部分照明像パターンデータ供給部10おいて、空間光位相変調素子2に対する照明像の全域を任意形状で複数に分割した部分照明像パターン101を決定(ステップS101)し、供給する。部分照明像パターン101を再生するための基本位相変調パターン102のCGHを位相分布演算部11において予め計算する。この際に、CGHの生成にはGerchberg-Saxton法(GS法)等の従来の任意の位相回復アルゴリズムを利用する。ここで計算したCGHのデータをテーブル(CGHテーブルと呼称)として、CGHテーブル記憶部12に保持しておく(ステップS102)。CGHテーブルのデータ形式は、2次元の画像データや数値勾配のベクトル形式、極座標表現、および圧縮形式など任意である。CGHテーブル記憶部12に保持するCGHテーブルが再生する部分照明像パターン101の形状や、保持するCGHテーブルの数量は任意である。
プロジェクタでの実際の利用時(利用中処理)においては、画像データ供給部20から、入力画像111のデータとして、プロジェクタで投影する投影画像のデータを供給する(ステップS201)。入力画像111は例えば動画像の各フレームの画像データである。
図2は、第1の実施の形態に係る照明装置およびプロジェクタ30の基本構成例を示している。
位相分布演算部22は、CGHテーブル記憶部12に記憶された基本位相変調パターン102のデータ(CGH)に対して、以下で説明する並進処理、重み付け重畳処理、回転処理、反転処理、および拡大縮小処理のうち少なくとも1つの処理を行うことで、目的位相変調パターン113のデータを計算する。
CGHの並進(シフト)処理例について述べる。空間光位相変調素子2上の2次元座標を(x,y)とし、空間光位相変調素子2上に位相分布θ(x,y)のCGHを書き込んだ状態を想定する。ここにレーザ光等の振幅がA(x,y)の平面波を入射した場合、空間光位相変調素子2の直後の電場分布f(x,y)は、以下の式(1)で表される。
図3の左側には、GS法によって生成された基本位相変調パターン130(CGH)と、その基本位相変調パターン130による回折像131(2次元フーリエ変換後の強度)とを示す。回折像131は、中央に矩形状の輝度の高い領域がある照明像となっている。図3の右側には、並進処理後の位相変調パターン140(CGH)と、その並進処理後の位相変調パターン140による回折像141(2次元フーリエ変換後の強度)とを示す。
続いて、CGHの重み付け重畳処理について述べる。目的の輝度分布に応じた照明像を再生すべく、CGHテーブルに並進処理を施した、個々のCGHを重畳する。重畳処理では、以下の式(5)のようにフーリエ変換の線形性を用いる。
部分照明像パターン101の反転処理および回転処理は、CGHテーブルの反転処理および回転処理が利用可能である。反転処理として、左右反転処理、上下反転処理および左右上下反転処理が可能である。部分照明像パターン101の拡大縮小は、フーリエ変換の相似性より、CGHテーブルの拡大縮小処理によって実現可能である。
図8は、部分照明像パターン101の第1の変形例を示している。
図8の左側には、第1の変形例に係る部分照明像パターン151を示す。図8の右側には、部分照明像パターン151によって目的照明像パターンを生成する場合の照明像分割パターン152を示す。例えば図8の左側に示したような二等辺直角三角形状の部分照明像パターン151を再生する基本位相変調パターンデータに対して左右上下反転処理を行うことで、図8の右側に示した照明像分割パターン152の1または複数の任意の分割領域を再生できる。
部分照明像パターン101には輝度の勾配があっても良い。図9の上側には、第2の変形例に係る部分照明像パターン161を示す。部分照明像パターン161は、基本形状を正方形とし、その正方形の輪郭をシグモイド関数で輝度勾配を付け、ぼかした例を示している。また、図9には、1つの部分照明像パターン161による輝度分布162と、部分照明像パターン161を2つ連結した場合の輝度分布163とを示す。2つ連結した場合の輝度分布163では、連結した部分の境界における輝度は略一定となる。
以上のように、本実施の形態によれば、目的照明像パターン112を生成することが可能な部分照明像パターン101に基づいて、部分照明像パターン101を再生可能な基本位相変調パターン102のデータを計算し、計算された基本位相変調パターン102のデータをCGHテーブル記憶部12に記憶するようにしたので、所望の輝度分布を持つ照明像を生成するための目的位相変調パターン113のデータを低い計算コストで計算することが可能となる。これにより、プロジェクタ30の演算装置34に関わる製造コストを低減させることができる。プロジェクタ30における動画像の再生フレームレートの向上にも寄与する。
本開示による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
(1)
所望の輝度分布を持つ目的照明像パターンを生成することが可能な部分照明像パターンに基づいて、光位相変調素子によって前記部分照明像パターンを再生可能な基本位相変調パターンデータを計算する第1の演算部と、
前記第1の演算部によって計算された前記基本位相変調パターンデータを記憶する記憶部と
を備える
位相変調データ生成装置。
(2)
前記記憶部に記憶された前記基本位相変調パターンデータに基づいて、前記目的照明像パターンを前記光位相変調素子によって再生可能な目的位相変調パターンデータを計算する第2の演算部、
をさらに備える
上記(1)に記載の位相変調データ生成装置。
(3)
前記第2の演算部は、前記記憶部に記憶された前記基本位相変調パターンデータに対して、並進処理、重み付け重畳処理、回転処理、反転処理、および拡大縮小処理のうち少なくとも1つの処理を行うことで、前記目的位相変調パターンデータを計算する
上記(2)に記載の位相変調データ生成装置。
(4)
前記基本位相変調パターンデータは、計算機合成ホログラムである
上記(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の位相変調データ生成装置。
(5)
光源と、
前記光源からの光の位相を変調する光位相変調素子と、
所望の輝度分布を持つ目的照明像パターンを生成することが可能な部分照明像パターンに基づいて、前記光位相変調素子によって前記部分照明像パターンを再生可能な基本位相変調パターンデータを計算する第1の演算部と、
前記第1の演算部によって計算された前記基本位相変調パターンデータを記憶する記憶部と
を備える
照明装置。
(6)
前記記憶部に記憶された前記基本位相変調パターンデータに基づいて、前記目的照明像パターンを前記光位相変調素子によって再生可能な目的位相変調パターンデータを計算する第2の演算部、
をさらに備える
上記(5)に記載の照明装置。
(7)
前記第2の演算部は、前記記憶部に記憶された前記基本位相変調パターンデータに対して、並進処理、重み付け重畳処理、回転処理、反転処理、および拡大縮小処理のうち少なくとも1つの処理を行うことで、前記目的位相変調パターンデータを計算する
上記(6)に記載の照明装置。
(8)
前記基本位相変調パターンデータは、計算機合成ホログラムである
上記(5)ないし(7)のいずれか1つに記載の照明装置。
(9)
照明装置と、
前記照明装置からの照明光を強度変調して投影画像を生成する光強度変調素子と
を含み、
前記照明装置は、
光源と、
前記光源からの光の位相を変調する光位相変調素子と、
所望の輝度分布を持つ目的照明像パターンを生成することが可能な部分照明像パターンに基づいて、前記光位相変調素子によって前記部分照明像パターンを再生可能な基本位相変調パターンデータを計算する第1の演算部と、
前記第1の演算部によって計算された前記基本位相変調パターンデータを記憶する記憶部と
を備える
プロジェクタ。
Claims (9)
- 所望の輝度分布を持つ目的照明像パターンを生成することが可能な部分照明像パターンに基づいて、光位相変調素子によって前記部分照明像パターンを再生可能な基本位相変調パターンデータを計算する第1の演算部と、
前記第1の演算部によって計算された前記基本位相変調パターンデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記基本位相変調パターンデータに基づいて、前記目的照明像パターンを前記光位相変調素子によって再生可能な目的位相変調パターンデータを計算する第2の演算部と
を備え、
前記第2の演算部は、前記基本位相変調パターンデータに対して並進処理を行うことにより生成された複数の前記基本位相変調パターンデータのそれぞれに対して、前記所望の輝度分布に応じた一様な輝度の重み付け処理、または前記所望の輝度分布に応じた輝度比の重み付け処理を行った後、複数の前記基本位相変調パターンデータのそれぞれを重畳する処理を行う
位相変調データ生成装置。 - 前記部分照明像パターンとして、前記光位相変調素子に対する照明像の全域を複数に分割することにより生成された複数の部分照明像パターンを含み、
前記第1の演算部は、前記基本位相変調パターンデータとして、前記複数の部分照明像パターンのそれぞれを再生可能な位相変調パターンデータを計算する
請求項1に記載の位相変調データ生成装置。 - 前記複数の部分照明像パターンのそれぞれの輪郭部は、隣接する部分照明像パターン同士を連結した場合に輝度が一様となるような輝度勾配を有する
請求項2に記載の位相変調データ生成装置。 - 前記基本位相変調パターンデータは、計算機合成ホログラムである
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の位相変調データ生成装置。 - 光源と、
前記光源からの光の位相を変調する光位相変調素子と、
所望の輝度分布を持つ目的照明像パターンを生成することが可能な部分照明像パターンに基づいて、前記光位相変調素子によって前記部分照明像パターンを再生可能な基本位相変調パターンデータを計算する第1の演算部と、
前記第1の演算部によって計算された前記基本位相変調パターンデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記基本位相変調パターンデータに基づいて、前記目的照明像パターンを前記光位相変調素子によって再生可能な目的位相変調パターンデータを計算する第2の演算部と
を備え、
前記第2の演算部は、前記基本位相変調パターンデータに対して並進処理を行うことにより生成された複数の前記基本位相変調パターンデータのそれぞれに対して、前記所望の輝度分布に応じた一様な輝度の重み付け処理、または前記所望の輝度分布に応じた輝度比の重み付け処理を行った後、複数の前記基本位相変調パターンデータのそれぞれを重畳する処理を行う
照明装置。 - 前記部分照明像パターンとして、前記光位相変調素子に対する照明像の全域を複数に分割することにより生成された複数の部分照明像パターンを含み、
前記第1の演算部は、前記基本位相変調パターンデータとして、前記複数の部分照明像パターンのそれぞれを再生可能な位相変調パターンデータを計算する
請求項5に記載の照明装置。 - 前記複数の部分照明像パターンのそれぞれの輪郭部は、隣接する部分照明像パターン同士を連結した場合に輝度が一様となるような輝度勾配を有する
請求項6に記載の照明装置。 - 前記基本位相変調パターンデータは、計算機合成ホログラムである
請求項5ないし7のいずれか1項に記載の照明装置。 - 照明装置と、
前記照明装置からの照明光を強度変調して投影画像を生成する光強度変調素子と
を含み、
前記照明装置は、
光源と、
前記光源からの光の位相を変調する光位相変調素子と、
所望の輝度分布を持つ目的照明像パターンを生成することが可能な部分照明像パターンに基づいて、前記光位相変調素子によって前記部分照明像パターンを再生可能な基本位相変調パターンデータを計算する第1の演算部と、
前記第1の演算部によって計算された前記基本位相変調パターンデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記基本位相変調パターンデータに基づいて、前記目的照明像パターンを前記光位相変調素子によって再生可能な目的位相変調パターンデータを計算する第2の演算部と
を備え、
前記第2の演算部は、前記基本位相変調パターンデータに対して並進処理を行うことにより生成された複数の前記基本位相変調パターンデータのそれぞれに対して、前記所望の輝度分布に応じた一様な輝度の重み付け処理、または前記所望の輝度分布に応じた輝度比の重み付け処理を行った後、複数の前記基本位相変調パターンデータのそれぞれを重畳する処理を行う
プロジェクタ。
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