WO2021235085A1 - 照明装置、照明方法、プロジェクタ装置 - Google Patents

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寛之 田原
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    • H04N2005/745—Control circuits therefor

Definitions

  • the present technology relates to a lighting device and a method for reproducing a desired image by performing spatial optical phase modulation with respect to incident light, and a technical field of a projector device to which such a lighting device is applied.
  • a technique for reproducing a desired image (light intensity distribution) by performing spatial light modulation on incident light using a spatial light modulator (SLM) such as a liquid crystal panel or DMD (Digital Micromirror Device) is known.
  • SLM spatial light modulator
  • DMD Digital Micromirror Device
  • a technique of projecting a desired reproduced image by performing spatial optical phase modulation with respect to incident light is also known (see, for example, Patent Document 1 below).
  • spatial light intensity modulation When spatial light intensity modulation is performed, a part of the incident light is dimmed or shielded in SLM when reproducing a desired light intensity distribution, but in the case of spatial light phase modulation, dimming is performed in SLM. Since the desired light intensity distribution can be reproduced without shading or shading, the efficiency of light utilization can be improved.
  • the Freeform method as represented by the method disclosed in Patent Document 1 is known as a method for obtaining a phase distribution for reproducing a desired image.
  • the Freeform method is a general term for a method for obtaining a phase distribution for reproducing a desired image based on photooptics.
  • the conventional Freeform method disclosed in Patent Document 1 is based on the premise that the light intensity distribution of incident light is a uniform distribution (a uniform distribution with no difference in light intensity in the in-plane direction), and has a phase. It is a method to obtain the phase distribution that refracts the incident light rays so that the ray grid points (points where virtual rays penetrate each surface) on the entire surface of the modulation surface and the entire surface of the projection surface are connected in an optimum one-to-one correspondence. Therefore, if the light intensity distribution of the incident light is non-uniform, the incident light intensity distribution is superimposed on the reproduced image.
  • the optimum one-to-one correspondence relationship means that the density distribution on the projection plane of the ray Grid points mapped from the phase modulation plane to the projection plane in the one-to-one correspondence relation becomes as close as possible to the target intensity distribution. be.
  • This technology was made in view of the above circumstances, and aims to improve the robustness of the incident light intensity distribution.
  • the lighting device is formed by dividing a light source unit having a light emitting element, a phase modulation unit that performs spatial optical phase modulation with respect to incident light from the light source unit, and a phase modulation surface of the phase modulation unit.
  • a plurality of domains include a control unit that controls the phase modulation unit so as to reproduce a light intensity distribution based on a common phase distribution obtained based on the Freeform method in a common region on the projection surface.
  • the Freeform method is a general term for a method of obtaining a phase distribution for reproducing a desired image based on photooptics.
  • the light source unit has a configuration having a plurality of light emitting elements. This eliminates the need to use a single high-power light emitting element for the light source unit in order to satisfy a predetermined light quantity condition.
  • the control unit uses the phase distribution obtained by performing scaling processing according to the size of the domain on the phase distribution calculated by the Freeform method as the common phase distribution. It is conceivable to configure it. This eliminates the need to perform phase distribution calculation by the Freeform method for each domain.
  • the control unit allocates a phase distribution obtained by adding a lens component according to a domain position to the common phase distribution as a phase distribution for each domain. It is conceivable to do. This makes it possible to appropriately reproduce the common light intensity distribution in the common region of the projection plane corresponding to the case where the common phase distribution is used for each domain.
  • control unit is configured to dynamically change the number of divisions of the domain. Increasing the number of domain divisions enhances the robustness to the incident light intensity distribution, and decreasing the number of domain divisions enhances the resolution of the reproduced image.
  • control unit is configured to change the number of divisions of the domain based on the result of evaluating the uniformity of the light intensity distribution of the incident light.
  • the control unit is configured to change the number of divisions of the domain based on the result of evaluating the uniformity of the light intensity distribution of the incident light.
  • the control unit is configured to change the number of divisions of the domain based on the result of evaluating the uniformity of the light intensity distribution of the incident light.
  • the control unit is configured to change the number of divisions of the domain based on the result of evaluating the uniformity of the light intensity distribution of the incident light.
  • the control unit has a configuration in which the number of divisions is increased when the evaluation of uniformity is low as compared with the case where the evaluation of uniformity is high.
  • the number of domain divisions is increased to mitigate the influence of the incident light intensity distribution on the reproduced image, and when the uniformity of the incident light intensity distribution is high, the number of domain divisions is achieved. It is possible to improve the resolution of the reproduced image by reducing the number of images.
  • control unit is configured to increase the number of divisions as the evaluation of the uniformity becomes lower. As a result, as the uniformity of the incident light intensity distribution decreases, it becomes possible to enhance the effect of mitigating the influence of the incident light intensity distribution on the reproduced image.
  • the light source unit has a plurality of light emitting elements
  • the control unit evaluates the uniformity based on the presence / absence of detection of the non-light emitting element in the light source unit. It is conceivable that the configuration will be performed. This makes it possible to evaluate the uniformity of the incident light intensity distribution based on the detection result of the conduction state of the light emitting element.
  • the control unit obtains the difference between the light intensity distribution of the reproduced image on the projection surface and the target light intensity distribution on the projection surface based on the captured image of the projection surface. It is conceivable that the number of divisions of the domain is changed based on the difference. This makes it possible to adjust the number of domain divisions so that the difference between the light intensity distribution of the reproduced image and the target light intensity distribution is suppressed.
  • the illumination method according to the present technology is an illumination method in an illumination device including a light source unit having a light emitting element and a phase modulation unit that performs spatial optical phase modulation with respect to incident light from the light source unit.
  • the phase modulation unit is such that a plurality of domains formed by dividing the phase modulation surface of the modulation unit reproduce a light intensity distribution based on a common phase distribution obtained by the Freeform method in a common region on the projection surface. It is a lighting method to control. Even with such a lighting method, the same operation as that of the lighting device according to the present technology can be obtained.
  • the projector device relates to a light source unit having a light emitting element, a phase modulation unit that performs spatial optical phase modulation with respect to incident light from the light source unit, and light subjected to spatial optical phase modulation by the phase modulation unit.
  • a plurality of domains formed by dividing the phase modulation surface of the phase modulation section and the intensity modulation section that performs spatial light intensity modulation are obtained in a common region on the intensity modulation surface of the phase modulation section based on the Freeform method. It also includes a control unit that controls the phase modulation unit so as to reproduce a light intensity distribution based on a common phase distribution.
  • the light intensity distribution of the incident light to the phase modulation unit is not uniform but non-uniform.
  • the light intensity distribution of the reproduced image is designed to be difficult to change.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a lighting device 1 as a first embodiment according to the present technology.
  • the lighting device 1 has a light source unit 2, a phase modulation SLM (Spatial Light Modulator) 3, a drive unit 4, and a control unit 5.
  • the lighting device 1 is configured such that the phase modulation SLM3 reproduces a desired image (light intensity distribution) on the projection surface Sp by performing spatial light phase modulation with respect to the incident light from the light source unit 2.
  • Such a lighting device 1 may be applied to, for example, a headlamp (headlight) for a vehicle.
  • a headlamp headlight
  • the light source unit 2 functions as a light source for incident light on the phase-modulated SLM3.
  • the light source unit 2 includes a plurality of light emitting elements 2a, as illustrated in FIG. 2, for example.
  • the light source unit 2 is an array-shaped light source in which a plurality of light emitting elements 2a are arranged two-dimensionally, and the light emitted from the plurality of light emitting elements 2a is incident on the phase-modulated SLM3.
  • a laser light emitting element is used as the light emitting element 2a.
  • the light emitting element 2a is not limited to the laser light emitting element, and other light emitting elements such as an LED (Light Emitting Diode) and a discharge lamp can also be used.
  • the phase modulation SLM3 is composed of, for example, a transmissive liquid crystal panel, and performs spatial optical phase modulation with respect to incident light.
  • the phase modulation SLM3 can also be configured as a reflection type spatial optical phase modulator instead of a transmission type.
  • the reflective spatial optical phase modulator for example, a reflective liquid crystal panel, a DMD (Digital Micromirror Device), or the like can be used.
  • the drive unit 4 includes a drive circuit for driving the phase modulation SLM3.
  • the drive unit 4 is configured to be able to individually drive each pixel of the phase modulation SLM3.
  • the control unit 5 is configured by, for example, a microcomputer having a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), or the like, and is an information indicating a target image (that is, a target light intensity distribution). ) Is input, and the phase distribution of the phase-modulated SLM3 for reproducing the target image on the projection surface Sp is calculated.
  • the control unit 5 controls the drive unit 4 so that the phase modulation SLM 3 is driven according to the calculated phase distribution. The details of the phase distribution calculated by the control unit 5 in this embodiment will be described later.
  • each incident light ray is refracted so as to travel in the normal direction of the wavefront of the phase distribution. Due to this refraction, a portion where the light density increases and a portion where the light density becomes sparse are formed on the projection surface Sp, whereby a light intensity distribution is formed on the projection surface Sp. According to such a principle, it is possible to reproduce a desired image on the projection surface Sp by the pattern of the phase distribution set in the phase modulation SLM3.
  • the Freeform method is known as a method for obtaining a phase distribution for reproducing a target image.
  • the Freeform method is a general term for a method of obtaining a phase distribution for reproducing a desired image based on photooptics.
  • the light intensity distribution of the incident light on the phase modulation surface Sm is uniform, that is, the in-plane direction.
  • the method is based on the premise that the distribution is uniform with no difference in light intensity.
  • the conventional Freeform method refracts incident rays so that the ray grid points (points through which virtual rays pass through each surface) on the entire surface of the phase modulation surface and the entire surface of the projection surface are connected in an optimal one-to-one correspondence. It is said to be a method of finding the phase distribution to be made. Therefore, as shown in FIG. 4B, when the incident light intensity distribution is not uniform because a part of the incident light on the phase modulation surface Sm is shielded by the shield Oa, the incident light intensity distribution is distributed. Is superimposed on the reproduced image, and there is a risk that proper image reproduction cannot be performed.
  • a method of dividing the phase modulation surface Sm into a plurality of domains Dm is adopted as illustrated in FIG. Specifically, in the present embodiment, a method is adopted in which a plurality of domains Dm reproduce a light intensity distribution based on a phase distribution common to a common region Rc on the projection surface Sp. At this time, the phase distribution common to the plurality of domains Dm is obtained by the Freeform method.
  • the light intensity distribution reproduced in the common region Rc synthesizes the light intensity distribution by each domain Dm. It will be the one that was done. Therefore, even if the light intensity distribution of the incident light is not uniform but non-uniform, the contribution from each domain Dm is averaged on the projection surface Sp, so that the light intensity distribution of the reproduced image is unlikely to change. Become.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation by adopting the method described with reference to FIG. Specifically, in FIG. 6, in FIG. 6A, when a part of the incident light on the phase modulation surface Sm is blocked by the shield Oa to obtain a non-uniform incident light intensity distribution, FIG. 5 will be described. An image reproduced in the common region Rc of the projection surface Sp when the image reproduction method as an embodiment is adopted is illustrated. Further, FIG. 6B illustrates a reproduced image for each domain Dm when a non-uniform incident light intensity distribution is obtained by similarly blocking a part of the incident light on the phase modulation surface Sm by the shield Oa. ing. As shown in FIG.
  • the amount of light in the reproduced image tends to be small for the domain Dm having a large influence of shading, that is, the domain Dm having a small amount of incident light due to the influence of shading, but the domain Dm having a small influence of shading tends to be small.
  • the amount of light in the reproduced image tends to increase, and the contributions from each domain Dm are averaged in the common region Rc on the projection surface Sp. As a result, even if the light intensity distribution of the incident light is not uniform and non-uniform, the light intensity distribution of the reproduced image is unlikely to change.
  • the phase modulation surface Sm into a plurality of domains Dm, it is possible to improve the robustness against the performance variation of the phase modulation SLM3 for each pixel. For example, when a certain pixel of the phase modulation SLM3 fails, a desired reproduced image is not normally displayed at the point of the projection surface Sp corresponding to the pixel in the conventional method in which the phase modulation surface Sm is not divided. In the embodiment, the desired reproduced image can be normally displayed even at this point on the projection surface Sp by the averaging effect as described above.
  • the coordinate system (x, y) is set in the phase modulatorable region of the phase modulation plane, and the coordinate system (x', y') is set in the domain Dm of the phase modulation plane as shown in FIG.
  • a coordinate system (ux, ui) is defined in the projection region (common region Rc described above).
  • the shift amount of the position of the domain Dm with respect to the phase modulationtable region is ( ⁇ x, ⁇ y)
  • the area reduction magnification of the domain Dm with respect to the phase modulationtable region is r (r> 2).
  • the phase distribution P in which light rays have a one-to-one correspondence from the entire phase-modulatorable region to the projection region is obtained by the Freeform method.
  • the displacement is given by the following [Equation 2] as the product of the gradient vector and the projection distance f. Therefore, the correspondence between the point where a certain ray subjected to the refraction action by the phase distribution P penetrates the phase modulation plane and the point where it penetrates the projection plane is given by the following [Equation 3].
  • phase distribution to be given on the domain Dm is called "P'".
  • the intensity distribution realized in the projection region by refracting the light rays incident on the entire phase modulationable region by the phase distribution P is defined as “I”
  • the phase distribution P ′ is incident on the domain Dm.
  • the intensity distribution realized in the projection region by refracting the emitted light rays is defined as "I'”.
  • the condition that the phase distribution P'should be satisfied is that the intensity distribution I and the intensity distribution I'match.
  • the phase distribution P' may be determined so that the point B and the point B'match. Assuming that a phase distribution P'that satisfies such a condition exists, the product of the gradient vector of the phase distribution P'at the point A'and the projection distance f is the point B and the point A, as described in [Equation 2]. It coincides with the displacement in the in-plane direction with', but the coordinates of point B are expressed using the expression on the left side of [Equation 3].
  • the first term in the above [Equation 10] represents a component obtained by scaling the phase distribution P in the spatial direction and the phase direction with a reduction magnification r
  • the second and third terms represent a lens component determined by the position of the domain Dm. Therefore, in order to calculate the individual phase distribution P'for the number of divisions, first, the phase distribution P obtained by the Freeform method is scaled in the spatial direction and the phase direction, and the phase distribution after such scaling is subjected to scaling.
  • the lens component corresponding to the position of each domain Dm may be added and assigned as the phase distribution P'of each domain Dm. By doing so, it is possible to reproduce a common light intensity distribution in a common projection region on the projection surface without shifting the position of the reproduced image from each domain Dm.
  • phase distribution P obtained for the entire phase-modulatorable region is referred to as “basic phase distribution Dpr”.
  • common phase distribution Dpc the phase distribution obtained by scaling the basic phase distribution Dpr in the spatial direction and the phase direction according to the size of the domain Dm.
  • the basic phase distribution Dpr is obtained as the phase distribution over the entire phase modulationable region on the phase modulation surface Sm, but the basic phase distribution Dpr is the basic region set on the phase modulation surface Sm. It is a phase distribution corresponding to the size of Ar.
  • the size of the basic region Ar may be at least larger than the size of the domain Dm and smaller than or equal to the phase modulation possible region on the phase modulation plane Sm.
  • scaling for the basic phase distribution Dpr is performed as scaling by the magnification "ard / arr" when the area of the basic region Ar is “arr” and the area of the domain Dm is "ard".
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for adding lens components.
  • the domain Dm-1 located in the center as the domain Dm and the domains Dm-2 and the domain Dm-3 located above and below the domain Dm-1, respectively, are exemplified.
  • the phase distribution shown as the lens component Dpl-1 is the phase distribution as the lens component corresponding to the position of the domain Dm-1
  • the lens components Dpl-2 and Dpl-3 are the domains Dm-2 and Dm-3, respectively.
  • It is a phase distribution as a lens component corresponding to the position of.
  • the phase distribution Dpd-1 to be set for the domain Dm-1 is obtained as a phase distribution obtained by adding the lens component Dpl-1 to the common phase distribution Dpc.
  • the phase distribution Dpd-2 to be set for the domain Dm-2 should be obtained as a phase distribution obtained by adding the lens component Dpl-2 to the common phase distribution Dpc, and should be set for the domain Dm-3.
  • the phase distribution Dpd-3 is obtained as a phase distribution obtained by adding the lens component Dpl-3 to the common phase distribution Dpc.
  • domain phase distribution Dpd the phase distribution obtained by adding the corresponding lens component Dpl for each domain Dm to the common phase distribution Dpc as described above.
  • the control unit 5 inputs a target image in step S101.
  • a frame image constituting the moving image is input as the target image.
  • the process shown in FIG. 11 is repeatedly executed in the frame cycle of the moving image.
  • a still image is input as a target image.
  • the process shown in FIG. 11 may be executed at least once for one still image to be reproduced.
  • step S102 following step S101 the control unit 5 executes the phase distribution calculation process.
  • This phase distribution calculation process is a process for calculating the basic phase distribution Dpr described above by the Freeform method. Specifically, the basic phase distribution Dpr for reproducing the target image input in step S101 on the projection surface Sp is calculated by the Freeform method.
  • step S103 the control unit 5 scales the phase distribution. Specifically, the basic phase distribution Dpr calculated in step S102 is scaled in the spatial direction and the phase direction described above to obtain a common phase distribution Dpc.
  • step S104 the control unit 5 resets the domain identifier n to the initial value 0.
  • the domain identifier n is an identifier managed by the control unit 5 in order to identify the domain Dm to be processed.
  • step S105 the control unit 5 acquires the lens component Dpl of the nth domain.
  • the lens component Dpl for each domain Dm is stored in advance in the control unit 5. Therefore, in step S105, the control unit 5 performs a process of acquiring the lens component Dpl for the nth domain Dm of the stored lens component Dpls.
  • step S106 the control unit 5 adds the lens component Dpl to the scaled phase distribution and calculates the phase distribution of the nth domain. That is, the domain phase distribution Dpd for the nth domain Dm is calculated by adding the lens component Dpl acquired in step S105 to the common phase distribution Dpc obtained in the scaling process of step S103.
  • step S107 the control unit 5 determines whether or not the domain identifier n is equal to or greater than the maximum value nMAX.
  • step S107 if the domain identifier n is not equal to or greater than the maximum value nMAX, the control unit 5 proceeds to step S108, increments the domain identifier n by 1, and returns to step S105. As a result, if there is a domain Dm for which the calculation of the domain phase distribution Dpd has not been completed, the processing after step S105 is performed again for the next domain Dm.
  • step S107 if the domain identifier n is equal to or greater than the maximum value nMAX in step S107, the control unit 5 ends a series of processes shown in FIG.
  • FIG. 12 schematically shows that all the domains Dm reproduce the light intensity distribution common to the common region Rc in this way.
  • Second embodiment [2-1. First example] Subsequently, the second embodiment will be described.
  • the second embodiment dynamically changes the number of divisions of the domain Dm.
  • the number of divisions of the domain Dm is changed based on the result of evaluating the uniformity of the light intensity distribution of the incident light.
  • the light intensity distribution of incident light can change over time.
  • a light source in which a plurality of light emitting elements 2a are arranged is used as the light source unit 2 as in this example, it is assumed that some of the light emitting elements 2a do not emit light due to a failure or the like, and the light is incident on the phase-modulated SLM3.
  • the light intensity distribution can change over time.
  • the uniformity of the light intensity distribution of the incident light is evaluated, and when the evaluation of uniformity is low, the number of divisions of the domain Dm is increased as compared with the case where the evaluation of uniformity is high.
  • the uniformity of the incident light intensity distribution is low, the number of divisions of the domain Dm is increased to mitigate the influence of the incident light intensity distribution on the reproduced image, and when the uniformity of the incident light intensity distribution is high, the domain. It is possible to improve the resolution of the reproduced image by reducing the number of divisions of Dm. Therefore, it is possible to appropriately balance the robustness with respect to the incident light intensity distribution and the resolution of the reproduced image according to the incident light intensity distribution.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the lighting device 1A as the first example in the second embodiment.
  • the same parts as those already described will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the difference between the lighting device 1A and the lighting device 1 shown in FIG. 1 is that the non-light emitting element detection unit 6 is provided and the control unit 5A is provided instead of the control unit 5.
  • the non-light emitting element detection unit 6 detects the non-light emitting element 2a in the light source unit 2.
  • the non-light emitting element detection unit 6 detects the non-light emitting element 2a based on the conduction state of each light emitting element 2a.
  • the non-light emitting element detection unit 6 of this example monitors the drive current value of each light emitting element 2a, and detects the light emitting element 2a whose drive current value is equal to or less than a predetermined value as the non-light emitting element 2a.
  • the control unit 5A performs a process of dynamically changing the number of divisions of the domain Dm based on the detection result by the non-light emitting element detection unit 6. Specifically, the control unit 5A executes the process shown in FIG.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an example of domain division processing as a first example in the second embodiment.
  • the control unit 5A determines whether or not there is a non-light emitting element 2a. This determination is made based on the detection result of the non-light emitting element detection unit 6.
  • the control unit 5A ends a series of processes shown in FIG. That is, in this case, the number of divisions of the domain Dm is maintained unchanged. Specifically, the reference number of divisions described later is maintained.
  • the control unit 5A proceeds to step S202 and determines whether or not the number of non-light emitting elements (the number of non-light emitting elements 2a) is equal to or less than the threshold value TH1.
  • the threshold value TH1 is set as a natural number of 2 or more. The number of non-light emitting elements can be determined based on the detection result of the non-light emitting element detection unit 6.
  • the control unit 5A proceeds to step S203 and sets the number of domain divisions to "reference division number + ⁇ 1".
  • the reference division number is a predetermined reference division number for the division number of the domain Dm, and in this example, it is determined corresponding to a state in which the light source unit 2 does not have a non-light emitting element 2a. It is the number of divisions.
  • the control unit 5A proceeds to step S204 and sets the number of domain divisions to "reference division number + ⁇ 2".
  • the control unit 5A proceeds to step S204 and sets the number of domain divisions to "reference division number + ⁇ 2".
  • the control unit 5A ends a series of processes shown in FIG. 15 in response to executing the process of step S203 or S204.
  • a lens component Dpl for each domain Dm is prepared for each number of divisions that can be set. For example, it is stored in a memory that can be read by the control unit 5A.
  • the control unit 5A transfers the lens component Dpl for each domain Dm for each division number stored in the memory in this way for each domain Dm for the changed number of divisions.
  • the lens component Dpl is acquired and used for the calculation of the domain phase distribution Dpd. It is also conceivable to calculate and acquire the lens component Dpl of each domain Dm each time the number of divisions of the domain Dm is changed.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of the lighting device 1B as a second example in the second embodiment. The difference from the lighting device 1 shown in FIG. 1 is that the image pickup unit 7 is provided and the control unit 5B is provided instead of the control unit 5.
  • the image pickup unit 7 has an image pickup element such as a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, and captures a reproduced image projected on the projection surface Sp by the phase modulation SLM3.
  • an image pickup element such as a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, and captures a reproduced image projected on the projection surface Sp by the phase modulation SLM3.
  • the control unit 5B obtains the difference between the light intensity distribution of the reproduced image and the light intensity distribution (target light intensity distribution) of the target image based on the image captured by the image pickup unit 7, and based on the difference in the light intensity distribution.
  • the number of divisions of the domain Dm is changed. Specifically, the process shown in FIG. 17 is performed.
  • FIG. 17 is a flowchart showing an example of domain division processing as a second example in the second embodiment.
  • the control unit 5B calculates the evaluation value of the light intensity distribution difference between the reproduced image and the target image based on the captured image.
  • This evaluation value is calculated as, for example, an evaluation value in which the value increases as the difference in light intensity distribution increases.
  • step S302 following step S301 the control unit 5B determines whether or not the evaluation value is equal to or greater than a predetermined value. When it is determined that the evaluation value is not equal to or more than a predetermined value (that is, when the difference in light intensity distribution is small), the control unit 5B ends a series of processes shown in FIG.
  • step S303 sets the domain division number to "reference division number + ⁇ ", and ends a series of processes shown in FIG.
  • the number of divisions of the domain Dm can be increased as the difference in light intensity distribution between the target image and the reproduced image increases.
  • the image pickup unit 7 does not need to be integrally configured with the lighting device 1B, and may be externally attached to the lighting device 1B.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of a projector device 10 to which a lighting device as an embodiment is applied.
  • the projector device 10 includes a light source unit 2, a phase modulation SLM 3, a drive unit 4, and a control unit 5, as in the lighting device 1 shown in FIG. 1, as well as an intensity modulation SLM 11 and a low frequency image generation unit 12. , A high-frequency image generation unit 13, and a drive unit 14.
  • the intensity modulation SLM 11 is composed of, for example, a transmissive liquid crystal panel, and performs spatial light intensity modulation with respect to incident light. As shown in the figure, the intensity modulation SLM 11 is arranged after the phase modulation SLM 3, and the light emitted from the light source unit 2 and subjected to the spatial optical phase modulation by the phase modulation SLM 3 is incident.
  • the projector device 10 projects the reproduced image of the target image on the projection surface Sp'by projecting the light subjected to the spatial light intensity modulation by the intensity modulation SLM 11 onto the projection surface Sp'.
  • the intensity modulation SLM11 for example, a reflective liquid crystal panel or a reflective spatial light modulator such as a DMD can be used.
  • the low-frequency image generation unit 12 is configured as a low-pass filter for the target image, extracts low-frequency components of the target image, and outputs the low-frequency component as a low-frequency image to the control unit 5.
  • the control unit 5 uses the low-frequency image output by the low-frequency image generation unit 12 as the target image, performs processing as the first embodiment illustrated in FIG. 7, and obtains the domain phase distribution Dpd for each domain Dm. calculate. Then, the drive unit 4 is controlled so that the spatial optical phase modulation according to the calculated domain phase distribution Dpd is performed.
  • the phase distribution in this case is calculated by the Freeform method so as to reproduce the target image on the intensity modulation surface in the intensity modulation SLM11.
  • the lens component Dpl for each domain Dm is such that the light intensity distribution by each domain Dm is reproduced in the common region Rc on the projection surface Sp set on the intensity modulation surface of the intensity modulation SLM11 in this way. Use the calculated one.
  • the high-frequency image generation unit 13 is configured as a high-pass filter for the target image, extracts high-frequency components of the target image, and outputs the high-frequency component as a high-frequency image to the drive unit 14.
  • the drive unit 14 drives each pixel of the intensity modulation SLM 11 according to the input high frequency image. As a result, the light subjected to the spatial light intensity modulation by the intensity modulation SLM 11 is given a light intensity distribution corresponding to the high frequency image.
  • the lighting device described in the first and second embodiments that is, the lighting device that reproduces a desired light intensity distribution by spatial light phase modulation is applied to the projector device 10, and the light utilization efficiency is improved. We will improve the contrast of the reproduced image.
  • the common region Rc of the projection surface Sp set on the intensity modulation surface of the intensity modulation SLM 11 is the light corresponding to the low frequency image of the target image by the spatial optical phase modulation of the phase modulation SLM3.
  • the intensity distribution is regenerated. This corresponds to forming a rough light intensity distribution of the target image before the spatial light intensity modulation by the intensity modulation SLM11 is performed, so to speak, control similar to the area division drive of the backlight in the liquid crystal display. It becomes.
  • the light intensity distribution here is formed by phase modulation, it is possible to prevent a decrease in the utilization efficiency of the light from the light source.
  • the intensity modulation SLM 11 in this case functions to arrange the details of the reproduced image of the low frequency image reproduced by the phase modulation SLM 3 and reproduce the light intensity distribution according to the target image on the projection surface Sp'. As a result, it is possible to improve the contrast of the reproduced image while suppressing the decrease in the resolution of the reproduced image.
  • a method of spatial optical phase modulation in the phase modulation SLM3 a method of reproducing a common light intensity distribution in a common region by each domain Dm is adopted. This prevents the light intensity distribution of the incident light from the light source from being superimposed on the reproduced image on the projection surface Sp'. In other words, the robustness of the image reproduction on the projection surface Sp'is improved with respect to the incident light intensity distribution.
  • the embodiment is not limited to the specific examples described above, and configurations as various modified examples can be adopted.
  • the basic phase distribution Dpr is calculated each time by the Freeform method is given, but it is also possible to use a pre-calculated basic phase distribution Dpr.
  • the image to be reproduced may be limited.
  • the information of the basic phase distribution Dpr calculated in advance for each image to be reproduced is stored in a memory that can be read by the control unit 5, and the corresponding basic phase is stored in the memory at the switching timing of the reproduced image.
  • the distribution Dpr It is also possible to read out the distribution Dpr and use it. Further, when the number of divisions of the domain Dm is fixed, the lens component Dpl for each domain Dm is fixed. Therefore, the domain phase of each domain Dm is used for each image to be reproduced by using the fixed lens component Dpl.
  • the distribution Dpd can be calculated in advance. In this case, the domain phase distribution Dpd of each domain Dm for each of these pre-calculated images is stored in a memory, and the corresponding domain phase distribution Dpd is read from the memory at the switching timing of the reproduced image and used. It can also be.
  • the light source unit 2 a plurality of light emitting elements 2r, 2g, and 2b of each color of R (red), G (green), and B (blue) are arranged as in the light source unit 2A shown in FIG. It can also be used.
  • the image reproduction in white can be performed by the synthetic light of the light emitted by the light emitting elements 2r, 2g, and 2b of each of these colors.
  • the diffraction phenomenon is caused like CGH (Computer-Generated Hologram).
  • CGH Computer-Generated Hologram
  • the light emitting elements 2r, 2g, and 2b of each color illustrated in FIG. 19 are arranged, the light emitting elements 2r, 2g, and 2b are provided for each color in consideration of wavelength selectivity. There is no need to emit light in a time-division manner. Further, it is not necessary to adopt a configuration in which the optical path and the spatial light modulator are separately provided for each color as in the case of the three-plate type projector device.
  • the lighting device (1, 1A, 1B, or the projector device 10) as an embodiment is a light source unit (2, 2A) having a light emitting element (2a, 2r, 2g, 2b).
  • a phase modulation unit (phase modulation SLM3) that performs spatial optical phase modulation with respect to incident light from the light source unit, and a plurality of domains (the same Dm) formed by dividing the phase modulation surface of the phase modulation unit are projected surfaces.
  • a control unit that controls the phase modulation unit to reproduce the light intensity distribution based on the common phase distribution (common phase distribution Dpc) obtained based on the Freeform method in the common region (Same Rc) on (Same Sp).
  • the light intensity distribution reproduced in the common region is a composite of the light intensity distributions of each domain. It becomes a thing. Therefore, even if the light intensity distribution of the incident light is not uniform and non-uniform, the contributions from each domain are averaged on the projection plane, so that the light intensity distribution of the reproduced image is difficult to change. Therefore, when the light intensity distribution of the incident light is non-uniform, the non-uniform incident light intensity distribution can be made difficult to be superimposed on the reproduced image, and the robustness to the incident light intensity distribution can be improved.
  • the light source unit By improving the robustness of the incident light intensity distribution, it is not necessary for the light source unit to emit light having a uniform intensity distribution, and an array-shaped light source unit in which a plurality of light emitting elements are arranged can be used. As a result, cost reduction can be achieved. Further, when the array-shaped light source unit is used, even if the difference in emission intensity between the light emitting elements becomes large due to aging, the influence on the reproduced image can be alleviated.
  • the light source unit has a plurality of light emitting elements. This eliminates the need to use a single high-power light emitting element for the light source unit in order to satisfy a predetermined light quantity condition. Therefore, the cost of the light source unit can be reduced.
  • control unit uses the phase distribution obtained by performing the scaling process according to the size of the domain on the phase distribution calculated by the Freeform method as a common phase distribution. This eliminates the need to perform phase distribution calculation by the Freeform method for each domain. Therefore, the processing load can be reduced.
  • the control unit assigns a phase distribution obtained by adding a lens component (the same Dpl) according to the domain position to a common phase distribution as a phase distribution for each domain. ing. This makes it possible to appropriately reproduce the common light intensity distribution in the common region of the projection plane corresponding to the case where the common phase distribution is used for each domain. Therefore, it is possible to improve the robustness of the incident light intensity distribution while reducing the processing load related to the phase distribution calculation.
  • control unit (5A, 5B) dynamically changes the number of divisions of the domain. Increasing the number of domain divisions enhances the robustness to the incident light intensity distribution, and decreasing the number of domain divisions enhances the resolution of the reproduced image. Therefore, by dynamically changing the number of domain divisions, it is possible to dynamically balance the robustness and the resolution of the reproduced image.
  • the control unit (5A) changes the number of divisions of the domain based on the result of evaluating the uniformity of the light intensity distribution of the incident light. As a result, for example, when the uniformity of the incident light intensity distribution is low, the number of domain divisions is increased to mitigate the influence of the incident light intensity distribution on the reproduced image, and when the uniformity of the incident light intensity distribution is high, the domain division is performed. It is possible to control the appropriate number of domain divisions according to the incident light intensity distribution, such as reducing the number to improve the resolution of the reproduced image. Therefore, it is possible to appropriately balance the robustness with respect to the incident light intensity distribution and the resolution of the reproduced image according to the incident light intensity distribution.
  • the control unit increases the number of divisions when the evaluation of uniformity is low as compared with the case where the evaluation of uniformity is high.
  • the control unit increases the number of divisions when the evaluation of uniformity is low as compared with the case where the evaluation of uniformity is high.
  • control unit increases the number of divisions as the evaluation of uniformity becomes lower. As a result, as the uniformity of the incident light intensity distribution decreases, it becomes possible to enhance the effect of mitigating the influence of the incident light intensity distribution on the reproduced image. Therefore, the influence of the incident light intensity distribution on the reproduced image can be appropriately mitigated.
  • the light source unit has a plurality of light emitting elements
  • the control unit evaluates the uniformity based on the presence or absence of detection of the non-light emitting element in the light source unit. This makes it possible to evaluate the uniformity of the incident light intensity distribution based on the detection result of the conduction state of the light emitting element. Therefore, the configuration of the detection unit for uniformity evaluation can be simplified, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced.
  • control unit (5B) determines the difference between the light intensity distribution of the reproduced image on the projection surface and the target light intensity distribution based on the captured image obtained by capturing the projection surface.
  • the number of divisions of the domain is changed based on the difference. This makes it possible to adjust the number of domain divisions so that the difference between the light intensity distribution of the reproduced image and the target light intensity distribution is suppressed. Therefore, it is possible to improve the robustness with respect to the incident light intensity distribution.
  • the illumination method as an embodiment is an illumination method in an illumination device including a light source unit having a light emitting element and a phase modulation unit that performs spatial optical phase modulation with respect to incident light from the light source unit, and is a phase modulation unit.
  • a plurality of domains formed by dividing the phase modulation plane of the above control the phase modulation unit so as to reproduce the light intensity distribution based on the common phase distribution obtained by the Freeform method in the common region on the projection plane. It is a lighting method.
  • spatial optical phase modulation is performed by a light source unit having a light emitting element, a phase modulation unit that performs spatial optical phase modulation with respect to incident light from the light source unit, and a phase modulation unit.
  • An intensity modulation unit (intensity modulation SLM11) that performs spatial light intensity modulation for the generated light and a plurality of domains formed by dividing the phase modulation surface of the phase modulation unit are common regions on the intensity modulation surface of the intensity modulation unit.
  • a control unit (5) that controls a phase modulation unit so as to reproduce a light intensity distribution based on a common phase distribution obtained based on the Freeform method.
  • the light intensity distribution of the incident light to the phase modulation unit is not uniform but non-uniform.
  • the control unit The lighting device according to (1) or (2) above, wherein the phase distribution obtained by subjecting the phase distribution calculated by the Freeform method to a scaling process according to the size of the domain is used as the common phase distribution.
  • the control unit The illuminating device according to (3) above, wherein a phase distribution obtained by adding a lens component according to a domain position to the common phase distribution is assigned as the phase distribution for each domain.
  • the control unit The lighting device according to any one of (1) to (4) above, which dynamically changes the number of divisions of the domain.
  • the control unit The lighting device according to (5) above, wherein the number of divisions of the domain is changed based on the result of evaluating the uniformity of the light intensity distribution of the incident light.
  • the control unit The lighting device according to (6) above, wherein when the evaluation of uniformity is low, the number of divisions is increased as compared with the case where the evaluation is high.
  • the control unit The lighting device according to (7) above, wherein the number of divisions is increased as the evaluation of uniformity becomes lower.
  • the light source unit has a plurality of light emitting elements and has a plurality of light emitting elements.
  • the control unit The lighting device according to any one of (6) to (8), wherein the uniformity is evaluated based on the presence / absence of detection of the non-light emitting light emitting element in the light source unit.
  • a lighting method in a lighting device including a light source unit having a light emitting element and a phase modulation unit that performs spatial light phase modulation with respect to incident light from the light source unit.
  • the phase is such that a plurality of domains formed by dividing the phase modulation surface of the phase modulation unit reproduce a light intensity distribution based on a common phase distribution obtained by the Freeform method in a common region on the projection surface.
  • An illumination method that controls the modulator.
  • a light source unit having a light emitting element and A phase modulation unit that performs spatial optical phase modulation with respect to the incident light from the light source unit, and An intensity modulation unit that performs spatial light intensity modulation for light that has undergone spatial optical phase modulation by the phase modulation unit, A plurality of domains formed by dividing the phase modulation surface of the phase modulation unit form a light intensity distribution based on a common phase distribution obtained by the Freeform method in a common region on the intensity modulation surface of the intensity modulation unit.
  • a projector device including a control unit that controls the phase modulation unit so as to reproduce.
  • Non-light emitting element detection unit 7 Imaging unit Sp, Sp'Projection surface Sm Phase modulation surface Dm, Dm-1, Dm-2, Dm-3 Domain Rc Common area Oa shielding Object Ar Basic region Dpr Basic phase distribution Dpc Common phase distribution Dpd Domain phase distribution Tar, Tas tangent Dpl, Dpl-1, Dpl-2, Dpl-3 Lens component 10 Projector device 11 Intensity modulation SLM 12 Low frequency image generator 13 High frequency image generator

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Abstract

本技術に係る照明装置は、発光素子を有する光源部と、光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように位相変調部を制御する制御部とを備える。

Description

照明装置、照明方法、プロジェクタ装置
　本技術は、入射光に対する空間光位相変調を行うことで所望の像を再生する照明装置とその方法、及びそのような照明装置を適用したプロジェクタ装置の技術分野に関する。
　液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の空間光変調器（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）を用いて入射光に対する空間光変調を行って所望の像（光強度分布）を再生する技術が知られている。例えば、入射光に対する空間光強度変調を行うことで所望の像を再生する技術が広く知られている。
　或いは、入射光に対する空間光位相変調を行うことで、所望の再生像を投影する技術も知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。空間光強度変調を行う場合、所望の光強度分布を再生するにあたってはＳＬＭにおいて入射光の一部が減光又は遮光されるものとなるが、空間光位相変調の場合には、ＳＬＭにおいて減光や遮光を行わずに所望の光強度分布を再生可能であるため、光の利用効率を高めることができる。
特表２０１７－５２００２２号公報
　空間光位相変調を用いる場合において、所望の像を再生するための位相分布を求める手法としては、特許文献１に開示の手法に代表されるようなFreeform法が知られている。ここで、Freeform法とは、所望の像を再生するための位相分布を光線光学に基づき求める手法の総称である。
　しかしながら、特許文献１に開示される旧来のFreeform法は、入射光の光強度分布が一様な分布（面内方向において光強度差の無い均一な分布）であることを前提とし、且つ、位相変調面全面と投影面全面における光線グリッド点（仮想的な光線が各面を貫く点）が最適な一対一対応の関係で結ばれるように入射光線を屈折作用させる位相分布を求める手法とされているため、入射光の光強度分布が非均一であると、再生像に入射光強度分布が重畳されてしまうものとなる。ここで、最適な一対一対応の関係とは、一対一の対応関係で位相変調面から投影面へマッピングされた光線Grid点の投影面上における密度分布が目標強度分布に極力近くなるという意味である。
　本技術は上記の事情に鑑み為されたものであり、入射光強度分布に対するロバスト性向上を図ることを目的とする。
　本技術に係る照明装置は、発光素子を有する光源部と、前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する制御部と、を備えるものである。
　Freeform法とは、所望の像を再生するための位相分布を光線光学に基づき求める手法の総称である。上記のように複数のドメインが投影面上の共通領域に共通の位相分布に基づく光強度分布を再生することで、該共通領域に再生される光強度分布は、各ドメインによる光強度分布を合成したものとなる。そのため、入射光の光強度分布が一様でなく非均一な分布であっても、投影面においては各ドメインからの寄与が平均化されるため、再生像の光強度分布が変化し難くなる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記光源部は複数の発光素子を有する構成とすることが考えられる。
　これにより、所定の光量条件を満たすにあたり光源部に単一の高出力発光素子を用いる必要がなくなる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記制御部は、前記Freeform法により計算した位相分布に対し前記ドメインのサイズに応じたスケーリング処理を施して得た位相分布を前記共通の位相分布として用いる構成とすることが考えられる。
　これにより、Freeform法による位相分布計算をドメインごとに行う必要がなくなる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記制御部は、前記ドメインごとの位相分布として、前記共通の位相分布に対しドメイン位置に応じたレンズ成分を加算して得た位相分布を割り当てる構成とすることが考えられる。
　これにより、ドメインごとに共通の位相分布を用いる場合に対応して投影面の共通領域に共通の光強度分布を適切に再生することが可能となる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記制御部は、前記ドメインの分割数を動的に変化させる構成とすることが考えられる。
　ドメインの分割数を増加させると入射光強度分布に対するロバスト性が高められ、ドメイン分割数を減少させると再生像の解像度が高められる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記制御部は、前記入射光の光強度分布の均一性を評価した結果に基づいて前記ドメインの分割数を変化させる構成とすることが考えられる。
　これにより、例えば入射光強度分布の均一性が低い場合にはドメイン分割数を増加させて再生像に対する入射光強度分布の影響緩和を図り、入射光強度分布の均一性が高い場合にはドメイン分割数を減少させて再生像の解像度向上を図る等、入射光強度分布に応じた適切なドメイン分割数の制御を行うことが可能となる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記制御部は、前記均一性の評価が低い場合は高い場合よりも前記分割数を増加させる構成とすることが考えられる。
　これにより、入射光強度分布の均一性が低い場合にはドメイン分割数を増加させて再生像に対する入射光強度分布の影響緩和を図り、入射光強度分布の均一性が高い場合にはドメイン分割数を減少させて再生像の解像度向上を図ることが可能となる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記制御部は、前記均一性の評価が低くなるに従って前記分割数を増加させる構成とすることが考えられる。
　これにより、入射光強度分布の均一性が低下するに従って、入射光強度分布が再生像に与える影響の緩和効果を高めることが可能となる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記光源部は複数の発光素子を有し、前記制御部は、前記均一性の評価を、前記光源部における非発光の前記発光素子の検出有無に基づいて行う構成とすることが考えられる。
　これにより、入射光強度分布の均一性評価を発光素子の導通状態についての検出結果に基づき行うことが可能となる。
　上記した本技術に係る照明装置においては、前記制御部は、前記投影面を撮像した撮像画像に基づき、前記投影面における再生像の光強度分布と目標とする光強度分布との差を求め、該差に基づいて前記ドメインの分割数を変化させる構成とすることが考えられる。
　これにより、再生像の光強度分布と目標とする光強度分布との差が抑制されるようにドメイン分割数の調整を行うことが可能とされる。
　また、本技術に係る照明方法は、発光素子を有する光源部と、前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部とを備えた照明装置における照明方法であって、前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する照明方法である。
　このような照明方法によっても、上記した本技術に係る照明装置と同様の作用が得られる。
　本技術に係るプロジェクタ装置は、発光素子を有する光源部と、前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、前記位相変調部により空間光位相変調が施された光について空間光強度変調を行う強度変調部と、前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、前記強度変調部の強度変調面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する制御部と、を備えるものである。
　これにより、位相変調部を設けて光源部からの入射光についての光利用効率の向上を図るプロジェクタ装置において、位相変調部に対する入射光の光強度分布が一様でなく非均一な分布であっても、再生像の光強度分布が変化し難くなるように図られる。
本技術に係る第一実施形態としての照明装置の構成例を示した図である。 実施形態としての照明装置が備える光源部の構成例についての説明図である。 空間光位相変調による像再生の原理についての説明図である。 現状におけるFreeform法の課題についての説明図である。 第一実施形態としての像再生手法の概要についての説明図である。 第一実施形態としての像再生手法の作用についての説明図である。 位相変調面における位相変調可能領域とドメインの座標系、及び投影面における投影領域（共通領域）の座標系の説明図である。 位相変調可能領域全域の位相分布と該位相分布が投影領域において実現する強度分布との関係を模式的に表した図である。 ドメインの位相分布と該位相分布が投影領域において実現する強度分布との関係を模式的に表した図である。 スケーリングした位相分布に対するレンズ成分の加算についての説明図である。 ドメインごとの位相分布を求めるための具体的な処理例を示したフローチャートである。 全てのドメインが共通領域に共通の光強度分布を再生することを模式的に表した図である。 一部のドメインのみが共通領域に共通の光強度分布を再生する例の説明図である。 第二実施形態における第一例としての照明装置の構成例を示した図である。 第二実施形態における第一例としてのドメイン分割処理の例を示したフローチャートである。 第二実施形態における第二例としての照明装置の構成例を示した図である。 第二実施形態における第二例としてのドメイン分割処理の例を示したフローチャートである。 実施形態としての照明装置を適用したプロジェクタ装置の構成例を示した図である。 変形例としての光源部についての説明図である。
　以下、添付図面を参照し、本技術に係る実施形態を次の順序で説明する。

<１．第一実施形態>
［1-1．照明装置の構成］
［1-2．第一実施形態としての像再生手法］
［1-3．処理手順］
<２．第二実施形態>
［2-1．第一例］
［2-1．第二例］
<３．第三実施形態>
［3-1．プロジェクタ装置の構成］
［3-2．第三実施形態としての像再生手法］
<４．変形例>
<５．実施形態のまとめ>
<６．本技術>
<１．第一実施形態>
［1-1．照明装置の構成］

　図１は、本技術に係る第一実施形態としての照明装置１の構成例を示した図である。
　図示のように照明装置１は、光源部２、位相変調ＳＬＭ（Spatial Light Modulator：空間光変調器）３、駆動部４、及び制御部５を有している。
　この照明装置１は、位相変調ＳＬＭ３が光源部２からの入射光に対する空間光位相変調を行うことで、投影面Ｓｐ上に所望の像（光強度分布）を再生するように構成されている。このような照明装置１は、例えば、車両用のヘッドランプ（前照灯）等への適用が考えられる。ヘッドランプへの適用の場合、位相変調ＳＬＭ３による空間光位相変調によってハイビーム又はロービームの照射範囲を変化させるという構成を採ることが考えられる。
　光源部２は、位相変調ＳＬＭ３への入射光の光源として機能する。本例において、光源部２は、例えば図２に例示するように、複数の発光素子２ａを有して構成される。具体的に、光源部２は、複数の発光素子２ａが二次元に配列されたアレイ状の光源とされ、これら複数の発光素子２ａより発せられた光が位相変調ＳＬＭ３に対して入射される。
　本例において、発光素子２ａにはレーザ発光素子が用いられる。なお、発光素子２ａはレーザ発光素子に限定されるものではなく、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）や放電ランプ等の他の発光素子を用いることもできる。
　位相変調ＳＬＭ３は、例えば透過型液晶パネルで構成され、入射光に対する空間光位相変調を行う。
　なお、位相変調ＳＬＭ３としては透過型ではなく反射型の空間光位相変調器として構成することもできる。反射型の空間光位相変調器としては、例えば反射型液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を用いることができる。
　駆動部４は、位相変調ＳＬＭ３を駆動するための駆動回路を有して構成される。駆動部４は、位相変調ＳＬＭ３の各画素を個別に駆動することが可能に構成されている。
　制御部５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するマイクロコンピュータ等して構成され、目標画像（つまり目標とする光強度分布を示す情報）を入力し、該目標画像を投影面Ｓｐ上に再生するための位相変調ＳＬＭ３の位相分布を計算する。制御部５は、計算した位相分布に従って位相変調ＳＬＭ３が駆動されるように駆動部４を制御する。
　なお、本実施形態において制御部５が計算する位相分布の詳細については後に改めて説明する。
［1-2．第一実施形態としての像再生手法］

　先ず、第一実施形態としての像再生手法の説明に先立ち、空間光位相変調による像再生の原理について図３を参照して説明しておく。
　図３では、位相変調ＳＬＭ３の位相変調面Ｓｍに入射する各光線と、位相変調ＳＬＭ３における位相分布の波面と、位相変調後の各光線と、位相変調後の各光線によって投影面Ｓｐ上に形成される光強度分布との関係を模式的に示している。
　先ず前提として、位相変調ＳＬＭ３における位相分布の波面は、Freeform法が用いられることで図示のように滑らかな曲線を描く。位相変調ＳＬＭ３での空間光位相変調によって、入射した各光線は、位相分布の波面の法線方向に進行するように屈折される。この屈折により、投影面Ｓｐ上では、光線密度が高まる部分と光線密度が疎となる部分とが形成され、これにより、投影面Ｓｐ上に光強度分布が形成される。
　このような原理により、位相変調ＳＬＭ３に設定する位相分布のパターンによって投影面Ｓｐ上に所望の像を再生することが可能とされる。
　ここで、前述のように、目標画像を再生するための位相分布を求める手法としてはFreeform法が知られている。Freeform法は、所望の像を再生するための位相分布を光線光学に基づき求める手法の総称である。
　例えば、上述した特許文献１に開示されるような旧来のFreeform法は、図４Ａに示すように位相変調面Ｓｍへの入射光の光強度分布が一様な分布であること、つまり面内方向において光強度差の無い均一な分布であることを前提とした手法となっている。また、旧来のFreeform法は、位相変調面全面と投影面全面における光線グリッド点（仮想的な光線が各面を貫く点）が最適な一対一対応の関係で結ばれるように入射光線を屈折作用させる位相分布を求める手法とされている。
　このため、図４Ｂに示すように位相変調面Ｓｍへの入射光の一部が遮蔽物Ｏａにより遮蔽される等として、入射光強度分布が一様な分布とならない場合には、入射光強度分布が再生像に重畳してしまい、適切な像再生を行うことができない虞がある。
　そこで、本実施形態では、入射光強度分布に対するロバスト性向上を図るべく、図５に例示するように、位相変調面Ｓｍを複数のドメインＤｍに分割する手法を採る。具体的に、本実施形態では、複数のドメインＤｍが投影面Ｓｐ上の共通領域Ｒｃに共通の位相分布に基づく光強度分布を再生する、という手法を採る。この際、複数のドメインＤｍに共通の位相分布はFreeform法により求める。
　複数のドメインＤｍが投影面Ｓｐ上の共通領域Ｒｃに共通の位相分布に基づく光強度分布を再生することで、共通領域Ｒｃに再生される光強度分布は、各ドメインＤｍによる光強度分布を合成したものとなる。そのため、入射光の光強度分布が一様でなく非均一な分布であっても、投影面Ｓｐにおいては各ドメインＤｍからの寄与が平均化されるため、再生像の光強度分布が変化し難くなる。
　図６は、図５で説明した手法を採ることによる作用についての説明図である。
　具体的に、図６において、図６Ａでは、位相変調面Ｓｍへの入射光の一部が遮蔽物Ｏａによって遮られることで非均一な入射光強度分布とされた場合において、図５で説明した実施形態としての像再生手法を採った際に投影面Ｓｐの共通領域Ｒｃに再生される像を例示している。また、図６Ｂでは、同様に位相変調面Ｓｍへの入射光の一部が遮蔽物Ｏａによって遮られることで非均一な入射光強度分布とされた場合において、ドメインＤｍごとの再生像を例示している。
　図６Ｂに示すように、遮光の影響が大きいドメインＤｍ、すなわち遮光の影響により入射光線が少ないドメインＤｍについては、再生像の光量が少なくなる傾向となるが、遮光の影響が小さいドメインＤｍについては再生像の光量が多くなる傾向となり、投影面Ｓｐ上の共通領域Ｒｃでは、各ドメインＤｍからの寄与が平均化される。その結果、入射光の光強度分布が一様でなく非均一な分布であっても、再生像の光強度分布が変化し難くなる。
　これにより、入射光の光強度分布が非均一である場合において、入射光強度分布が再生像に重畳され難くすることができ、入射光強度分布に対するロバスト性向上が図られる。
　また、位相変調面Ｓｍを複数のドメインＤｍに分割していることで、位相変調ＳＬＭ３の画素ごとの性能ばらつきに対するロバスト性の向上も図られる。例えば、位相変調ＳＬＭ３の或る画素が故障した場合、位相変調面Ｓｍを分割しない従来手法ではその画素と対応する投影面Ｓｐの点において所望の再生像が正常に表示されないものとなるが、本実施形態では、上記のような平均化効果によって投影面Ｓｐの該点においても所望の再生像が正常に表示されるように図ることができる。
　ドメインＤｍごとの位相分布を求めるための具体的な手法について、図７から図９を参照して説明する。
　以下では説明の便宜上、図７のように位相変調面の位相変調可能領域において座標系（ｘ，ｙ） を、位相変調面のドメインＤｍにおいて座標系（ｘ’，ｙ’） を、投影面における投影領域（上述した共通領域Ｒｃ）において座標系（ｕｘ，ｕｙ）を定める。また、位相変調可能領域に対するドメインＤｍの位置のシフト量を（Δｘ，Δｙ） とし、位相変調可能領域に対するドメインＤｍの面積縮小倍率をｒ（ｒ>２）とする。また、位相変調面と投影面との距離をｆとする。
　先ず、位相変調可能領域全域から投影領域へ光線を一対一に対応させる位相分布ＰをFreeform 法により求める。特許文献１に記載されているように、位相変調可能領域上の点（ｘ，ｙ）＝（ｘ１，ｙ１）に入射した光線が位相分布Ｐから受ける屈折作用は、その点（ｘ，ｙ）＝（ｘ１，ｙ１）における位相分布Ｐの勾配ベクトル

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

　で決まり、その光線が投影面を貫く点（ｕｘ，ｕｙ）＝（ｕｘ１，ｕｙ１）と位相変調面上の点（ｘ，ｙ）＝（ｘ１，ｙ１）との面内方向の変位は勾配ベクトルと投影距離ｆとの積として次の［式２］で与えられる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002

　よって、位相分布Ｐによる屈折作用を受けたある光線が位相変調面を貫く点と投影面を貫く点の対応関係は次の［式３］で与えられる

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ドメインＤｍ上に与えるべき位相分布を「Ｐ’」と呼ぶことにする。
　図８及び図９に示すように、位相分布Ｐが位相変調可能領域全域に入射した光線を屈折させることで投影領域において実現する強度分布を「Ｉ」とし、位相分布Ｐ’がドメインＤｍに入射した光線を屈折させることで投影領域において実現する強度分布を「Ｉ’」とする。位相分布Ｐ’が満たすべき条件は、強度分布Ｉと強度分布Ｉ’が一致することである。
　ここで、図９のように、ドメインＤｍ上の任意のある点を点Ａ’とし，その座標を（ｘ’，ｙ’）＝（ｓｘ，ｓｙ）とする。また、点Ａ’において位相分布Ｐ’による屈折作用を受けた光線が投影面を貫く点を点Ｂ’とする。
　さらに、図８のように、点Ａ’に対して座標（ｘ，ｙ）＝（ｒ・ｓｘ，ｒ・ｓｙ）の対応関係にある位相変調可能領域上の点を点Ａとし、点Ａにおいて位相分布Ｐによる屈折作用を受けた光線が投影面を貫く点を点Ｂとする。
　強度分布Ｉと強度分布Ｉ’を一致させるには、点Ｂと点Ｂ’が一致するように位相分布Ｐ’を定めればよい。このような条件を満たす位相分布Ｐ’が存在するとすると、［式２］で説明したように、点Ａ’における位相分布Ｐ’の勾配ベクトルと投影距離ｆとの積は、点Ｂと点Ａ’との面内方向の変位と一致するが、点Ｂ の座標は［式３］の左辺の表式を用いて

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　となり、点Ａ’の（ｘ，ｙ）座標系による座標は（ｘ，ｙ）＝（ｓｘ＋Δｘ，ｓｙ＋Δｙ）となることに注意すると、位相分布Ｐ’が満たすべき条件式として次の［式５］を得る。

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005

　［式３］を用いると［式５］は次の［式６］のように書き換えられる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、点Ａ’は、ドメインＤｍ上の任意の点であるため、［式６］において（ｓｘ，ｓｙ）を改めて（ｘ’，ｙ’）と書き換えた次の［式７］のような条件式を得る。

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007

　［式７］の右辺における（ｘ’，ｙ’）に関する回転場を計算すると次の［式８］のようになる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008

　ここで、位相分布Ｐは（ｘ，ｙ）上の既知のスカラー場であり、その勾配場の回転場は任意の（ｘ，ｙ）に対してゼロとなるため、［式８］は結局ゼロとなる。一般に、あるベクトル場を勾配場として与えるようなスカラー場が存在するための必要十分条件はそのベクトル場の回転場が至る所でゼロとなることであるので、［式７］の条件式の右辺の回転場がゼロになることは、［式７］を満たす位相分布Ｐ’、すなわち［式７］の右辺を勾配場として与える位相分布Ｐ’が確かに存在することを示している。従って、ドメインＤｍ上の任意の点（ｘ’，ｙ’）＝（ｓｘ，ｓｙ）における位相分布Ｐ’の値は、［式７］の右辺を線積分することで以下のように構成することができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009



　上記［式１０］における第１の項は位相分布Ｐを空間方向にも位相方向にも縮小倍率ｒでスケーリングした成分を表し、第２、３項はドメインＤｍの位置によって決まるレンズ成分を表す。従って、分割数分の個々の位相分布Ｐ’を計算するには、先ず、Freeform法により求めた位相分布Ｐについて、空間方向と位相方向のスケーリングを行い、このようなスケーリング後の位相分布に対し、ドメインＤｍ毎にその位置に応じたレンズ成分を加算して、各ドメインＤｍの位相分布Ｐ’として割り当てれば良い。
　このようにすることで、各ドメインＤｍからの再生像の位置をずらすことなく、投影面上の共通の投影領域において共通の光強度分布を再生することができる。
　ここで以下、位相変調可能領域全体について求めた位相分布Ｐのことを「基礎位相分布Ｄｐｒ」と表記する。また、この基礎位相分布Ｄｐｒに対しドメインＤｍのサイズに応じた空間方向及び位相方向のスケーリングを施して得られる位相分布のことを「共通位相分布Ｄｐｃ」と表記する。
　なお、上記では、基礎位相分布Ｄｐｒは、位相変調面Ｓｍ上における位相変調可能領域全域についての位相分布として求めるものとしたが、基礎位相分布Ｄｐｒは、位相変調面Ｓｍ上に設定される基礎領域Ａｒのサイズに対応した位相分布である。基礎領域Ａｒのサイズは、少なくともドメインＤｍのサイズよりも大きく、位相変調面Ｓｍ上の位相変調可能領域以下のサイズであればよい。
　このとき、基礎位相分布Ｄｐｒに対するスケーリングについては、基礎領域Ａｒの面積を「ａｒｒ」、ドメインＤｍの面積を「ａｒｄ」としたとき、倍率「ａｒｄ／ａｒｒ」によるスケーリングとして行う。
　図１０は、レンズ成分の加算についての説明図である。
　ここでは、ドメインＤｍとして中央に位置されるドメインＤｍ－１と、ドメインＤｍ－１に対しそれぞれ上方、下方に位置されるドメインＤｍ－２、ドメインＤｍ－３とを例示している。図中、レンズ成分Ｄｐｌ－１として示す位相分布は、ドメインＤｍ－１の位置に対応したレンズ成分としての位相分布、レンズ成分Ｄｐｌ－２、Ｄｐｌ－３は、それぞれドメインＤｍ－２、Ｄｍ－３の位置に対応したレンズ成分としての位相分布である。
　図示のようにドメインＤｍ－１に対して設定すべき位相分布Ｄｐｄ－１は、共通位相分布Ｄｐｃに対してレンズ成分Ｄｐｌ－１を加算した位相分布として求める。同様に、ドメインＤｍ－２に対して設定すべき位相分布Ｄｐｄ－２は、共通位相分布Ｄｐｃに対してレンズ成分Ｄｐｌ－２を加算した位相分布として求め、ドメインＤｍ－３に対して設定すべき位相分布Ｄｐｄ－３は、共通位相分布Ｄｐｃに対してレンズ成分Ｄｐｌ－３を加算した位相分布として求める。
　これにより、ドメインＤｍ－１、Ｄｍ－２、Ｄｍ－３の各ドメインＤｍが投影面Ｓｐ上の共通領域Ｒｃに共通の光強度分布を再生することができる。
　以下、上記のように共通位相分布Ｄｐｃに対しドメインＤｍごとに対応するレンズ成分Ｄｐｌを加算して得られる位相分布のことを「ドメイン位相分布Ｄｐｄ」と総称する。
［1-3．処理手順］

　図１１のフローチャートを参照し、ドメイン位相分布Ｄｐｄを求めるための具体的な処理手順の例を説明する。
　なお、図１１に示す処理は図１に示した制御部５が実行する。
　先ず、制御部５はステップＳ１０１で、目標画像を入力する。
　ここで、動画像の再生である場合、目標画像としては、動画像を構成するフレーム画像を入力する。動画像の再生である場合、図１１に示す処理は、動画像のフレーム周期で繰り返し実行する。静止画の再生である場合には、目標画像として静止画を入力する。この場合、図１１に示す処理は、再生すべき１枚の静止画に対し少なくとも１回実行すればよい。
　ステップＳ１０１に続くステップＳ１０２で制御部５は、位相分布計算処理を実行する。この位相分布計算処理は、Freeform法により前述した基礎位相分布Ｄｐｒを計算する処理となる。具体的には、ステップＳ１０１で入力した目標画像を投影面Ｓｐ上で再生するための基礎位相分布ＤｐｒをFreeform法により計算する。
　ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３で制御部５は、位相分布のスケーリングを行う。具体的には、ステップＳ１０２で計算した基礎位相分布Ｄｐｒに対して上述した空間方向及び位相方向のスケーリングを行って、共通位相分布Ｄｐｃを得る。
　ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４で制御部５は、ドメイン識別子ｎを初期値である０にリセットする。このドメイン識別子ｎは、処理対象とするドメインＤｍを識別するために制御部５が管理する識別子である。
　ステップＳ１０４に続くステップＳ１０５で制御部５は、ｎ番目ドメインのレンズ成分Ｄｐｌを取得する。ここで、本例において制御部５には、予めドメインＤｍごとのレンズ成分Ｄｐｌが記憶されている。このため、ステップＳ１０５で制御部５は、これら記憶されたレンズ成分Ｄｐｌのうちｎ番目のドメインＤｍについてのレンズ成分Ｄｐｌを取得する処理を行う。
　ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６で制御部５は、スケーリング後の位相分布にレンズ成分Ｄｐｌを加算し、ｎ番目ドメインの位相分布を算出する。すなわち、ステップＳ１０３のスケーリング処理で得られた共通位相分布Ｄｐｃに対しステップＳ１０５で取得したレンズ成分Ｄｐｌを加算することで、ｎ番目のドメインＤｍについてのドメイン位相分布Ｄｐｄを算出する。
　ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７で制御部５は、ドメイン識別子ｎが最大値ｎＭＡＸ以上であるか否かを判定する。ここで、最大値ｎＭＡＸは、ドメインＤｍの分割数に対応する値であり、例えばドメインＤｍの分割数＝１６であれば「１５」が設定される。
　ステップＳ１０７において、ドメイン識別子ｎが最大値ｎＭＡＸ以上でない場合、制御部５はステップＳ１０８に進んでドメイン識別子ｎを１インクリメントし、ステップＳ１０５に戻る。これにより、ドメイン位相分布Ｄｐｄの算出が未完了のドメインＤｍがある場合には、次のドメインＤｍについてステップＳ１０５以降の処理が再度行われる。
　一方、ステップＳ１０７においてドメイン識別子ｎが最大値ｎＭＡＸ以上であれば、制御部５は図１１に示す一連の処理を終える。
　なお、上記では全てのドメインＤｍが投影面Ｓｐ上の共通領域Ｒｃに共通の光強度分布を再生することを前提とした。
　図１２は、このように全てのドメインＤｍが共通領域Ｒｃに共通の光強度分布を再生することを模式的に表している。
　しかしながら、全てのドメインＤｍが共通領域Ｒｃに共通の光強度分布を再生することは必須ではなく、図１３に例示するように、一部のドメインＤｍのみが共通領域Ｒｃに共通の光強度分布を再生する構成を採ることもできる。
<２．第二実施形態>　
［2-1．第一例］

　続いて、第二実施形態について説明する。
　第二実施形態は、ドメインＤｍの分割数を動的に変化させるものである。
　ここでは、第二実施形態における第一例として、ドメインＤｍの分割数を、入射光の光強度分布の均一性を評価した結果に基づいて変化させる例を説明する。
　入射光の光強度分布は、経時的に変化し得るものである。特に、本例のように光源部２として複数の発光素子２ａが配列された光源を用いる場合、故障等により一部の発光素子２ａが非発光となることが想定され、位相変調ＳＬＭ３への入射光強度分布が経時的に変化し得る。
　先の図６の原理説明から理解されるように、ドメインＤｍの分割数を少なくすると、各ドメインＤｍによる入射光強度分布の平均化効果が低下する傾向となり、分割数を多くすると該平均化効果は高まる傾向となる。一方で、ドメインＤｍの分割数を少なくした場合には、一つのドメインＤｍに割り当てられる画素数が多くなることから、再生像の解像度向上を図ることができる。
　そこで、本例では、入射光の光強度分布の均一性を評価し、均一性の評価が低い場合は高い場合よりもドメインＤｍの分割数を増加させるという手法を採る。
　これにより、入射光強度分布の均一性が低い場合にはドメインＤｍの分割数を増加させて再生像に対する入射光強度分布の影響緩和を図り、入射光強度分布の均一性が高い場合にはドメインＤｍの分割数を減少させて再生像の解像度向上を図ることが可能となる。
　従って、入射光強度分布に対するロバスト性と再生像の解像度とについて、入射光強度分布に応じた適切なバランス調整を行うことができる。
　図１４は、第二実施形態における第一例としての照明装置１Ａの構成例を示した図である。
　なお、以下の説明において、既に説明済みとなった部分と同様となる部分については同一符号を付して説明を省略する。
　照明装置１Ａにおいて、図１に示した照明装置１との差異点は、非発光素子検出部６が設けられた点と、制御部５に代えて制御部５Ａが設けられた点である。
　非発光素子検出部６は、光源部２における非発光の発光素子２ａを検出する。例えば、非発光素子検出部６は、各発光素子２ａの導通状態に基づき、非発光の発光素子２ａを検出する。具体的に、本例の非発光素子検出部６は、各発光素子２ａの駆動電流値を監視し、駆動電流値が所定値以下の発光素子２ａを非発光の発光素子２ａとして検出する。
　制御部５Ａは、非発光素子検出部６による検出結果に基づき、ドメインＤｍの分割数を動的に変化させる処理を行う。具体的に、制御部５Ａは、図１５に示す処理を実行する。
　図１５は、第二実施形態における第一例としてのドメイン分割処理の例を示したフローチャートである。
　先ず、制御部５ＡはステップＳ２０１で、非発光の発光素子２ａがあるか否かを判定する。この判定は、非発光素子検出部６の検出結果に基づき行う。
　非発光の発光素子２ａがないと判定した場合、制御部５Ａは図１５に示す一連の処理を終える。つまりこの場合、ドメインＤｍの分割数は変更されずに維持される。具体的には、後述する基準分割数が維持される。
　一方、非発光の発光素子２ａがあると判定した場合、制御部５ＡはステップＳ２０２に進んで非発光素子数（非発光の発光素子２ａの数）が閾値ＴＨ１以下か否かを判定する。ここで、閾値ＴＨ１は２以上の自然数として設定される。なお、非発光素子数は、非発光素子検出部６の検出結果に基づき求めることができる。
　非発光素子数が閾値ＴＨ１以下であれば、制御部５ＡはステップＳ２０３に進んで、ドメイン分割数を「基準分割数＋α１」に設定する。ここで、基準分割数は、ドメインＤｍの分割数について予め定められた基準となる分割数であり、本例では、光源部２に非発光の発光素子２ａが無い状態に対応して定められた分割数とされる。例えば、基準分割数は、位相変調ＳＬＭ３の画素数等にもよるが、４×４＝１６や６×６＝３６等に設定することが考えられる。
　一方、非発光素子数が閾値ＴＨ１以下でなければ、制御部５ＡはステップＳ２０４に進んで、ドメイン分割数を「基準分割数＋α２」に設定する。ここで、α２>α１である。
　これにより、非発光素子数が１以上且つ閾値ＴＨ１以下であれば、ドメインＤｍの分割数として「基準分割数＋α１」が設定され、非発光素子数が閾値ＴＨ１よりも大きい場合にはドメインＤｍの分割数として「基準分割数＋α１」よりも大きい「基準分割数＋α２」が設定される。これは、入射光強度分布の均一性の評価が低くなるに従って、ドメインＤｍの分割数を増加させていると換言することができる。
　制御部５Ａは、ステップＳ２０３又はＳ２０４の処理を実行したことに応じて図１５に示す一連の処理を終える。
　ここで、ドメインＤｍの分割数を動的に変化させる場合には、設定され得る分割数ごとに、ドメインＤｍごとのレンズ成分Ｄｐｌを用意しておく。例えば、制御部５Ａが読み出し可能なメモリに記憶させておく。ドメインＤｍの分割数を変化させた場合、制御部５Ａは、このようにメモリに記憶された各分割数についてのドメインＤｍごとのレンズ成分Ｄｐｌのうち、変更後の分割数についてのドメインＤｍごとのレンズ成分Ｄｐｌを取得し、ドメイン位相分布Ｄｐｄの計算に用いる。
　なお、ドメインＤｍの分割数を変化させるごとに、各ドメインＤｍのレンズ成分Ｄｐｌを計算して取得することも考えられる。
［2-1．第二例］

　第二実施形態の第二例は、再生像と目標画像との光強度分布差に基づいてドメインＤｍの分割数を変化させるものである。
　図１６は、第二実施形態における第二例としての照明装置１Ｂの構成例を示した図である。
　図１に示した照明装置１との差異点は、撮像部７が設けられた点と、制御部５に代えて制御部５Ｂが設けられた点である。
　撮像部７は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子を有し、位相変調ＳＬＭ３により投影面Ｓｐに投影された再生像を撮像する。
　制御部５Ｂは、撮像部７による撮像画像に基づき、再生像の光強度分布と目標画像の光強度分布（目標とする光強度分布）との差を求め、該光強度分布の差に基づいてドメインＤｍの分割数を変化させる。具体的には、図１７に示す処理を行う。
　図１７は、第二実施形態における第二例としてのドメイン分割処理の例を示したフローチャートである。
　先ず、制御部５ＢはステップＳ３０１で、撮像画像に基づき、再生像と目標画像との光強度分布差の評価値を計算する。この評価値は、例えば、光強度分布差が大きいほど値が大きくなる評価値として計算する。
　ステップＳ３０１に続くステップＳ３０２で制御部５Ｂは、評価値が所定値以上か否かを判定する。評価値が所定値以上でないと判定とした場合（つまり光強度分布差が小さい場合）、制御部５Ｂは図１７に示す一連の処理を終える。
　一方、評価値が所定値以上であると判定とした場合、制御部５ＢはステップＳ３０３に進んでドメイン分割数を「基準分割数＋α」に設定し、図１７に示す一連の処理を終える。
　これにより、再生像と目標画像との光強度分布差が大きい場合は小さい場合よりもドメインＤｍの分割数が増加される。その結果、再生像と目標画像との光強度分布差が抑制されるようにドメイン分割数の調整を行うことが可能となる。
　なお、第二例において、ドメインＤｍの分割数は、目標画像と再生像との光強度分布差が大きくなるに従って増加させるようにすることもできる。
　また、第二例において、撮像部７は照明装置１Ｂと一体に構成される必要はなく、照明装置１Ｂに外付けとされてもよい。
<３．第三実施形態>
［3-1．プロジェクタ装置の構成］

　第三実施形態は、これまで説明した実施形態としての照明装置をプロジェクタ装置に適用したものである。
　図１８は、実施形態としての照明装置を適用したプロジェクタ装置１０の構成例を示した図である。
　図示のようにプロジェクタ装置１０は、図１に示した照明装置１と同様に光源部２、位相変調ＳＬＭ３、駆動部４、及び制御部５を備えると共に、強度変調ＳＬＭ１１、低周波画像生成部１２、高周波画像生成部１３、及び駆動部１４を備えている。
　強度変調ＳＬＭ１１は、例えば透過型の液晶パネルで構成され、入射光に対し空間光強度変調を行う。図示のように強度変調ＳＬＭ１１は位相変調ＳＬＭ３の後段に配置され、光源部２より発せられ位相変調ＳＬＭ３により空間光位相変調が施された光が入射される。
　プロジェクタ装置１０は、強度変調ＳＬＭ１１により空間光強度変調が施された光を投影面Ｓｐ’に投影することで、投影面Ｓｐ’に目標画像の再生像を投影する。
　なお、強度変調ＳＬＭ１１としては、例えば反射型の液晶パネルやＤＭＤ等の反射型の空間光変調器を用いることもできる。
　低周波画像生成部１２は、目標画像についてのローパスフィルタとして構成され、目標画像の低周波成分を抽出し、低周波画像として制御部５に出力する。この場合の制御部５は、低周波画像生成部１２が出力する低周波画像を目標画像として、図７で例示した第一実施形態としての処理を行って各ドメインＤｍについてのドメイン位相分布Ｄｐｄを計算する。そして、計算したドメイン位相分布Ｄｐｄに従った空間光位相変調が行われるように駆動部４を制御する。
　ここで、図中に示す投影面Ｓｐの位置を参照して分かるように、この場合における位相分布は、強度変調ＳＬＭ１１における強度変調面上において目標とする像を再生するようにFreeform法により計算される。また、この場合、ドメインＤｍごとのレンズ成分Ｄｐｌは、このように強度変調ＳＬＭ１１の強度変調面に設定された投影面Ｓｐ上の共通領域Ｒｃに各ドメインＤｍによる光強度分布が再生されるように計算されたものを用いる。
　高周波画像生成部１３は、目標画像についてのハイパスフィルタとして構成され、目標画像の高周波成分を抽出し、高周波画像として駆動部１４に出力する。
　駆動部１４は、入力された高周波画像に従って強度変調ＳＬＭ１１の各画素を駆動する。
これにより、強度変調ＳＬＭ１１による空間光強度変調を受けた光には高周波画像に応じた光強度分布が与えられる。
［3-2．第三実施形態としての像再生手法］

　ここで、従来のプロジェクタ装置では、光源からの光に強度変調ＳＬＭ１１による空間光強度変調を施すことで再生像を得るようにしていたが、空間光強度変調では光源からの入射光の一部を遮蔽又は減光することになるため、光の利用効率が低く、高コントラスト化を図り難いという事情があった。
　そこで、本実施形態では、第一、第二実施形態で説明した照明装置、すなわち空間光位相変調によって所望の光強度分布を再生するという照明装置をプロジェクタ装置１０に応用し、光の利用効率の向上を図り、再生像のコントラスト向上を図る。
　図１８に示す構成によれば、強度変調ＳＬＭ１１の強度変調面に設定された投影面Ｓｐの共通領域Ｒｃには、位相変調ＳＬＭ３の空間光位相変調により、目標画像の低周波画像に応じた光強度分布が再生される。これは、強度変調ＳＬＭ１１による空間光強度変調が行われる前に、目標画像の大まかな光強度分布を形成しておくことに相当し、いわば、液晶ディスプレイにおけるバックライトのエリア分割駆動に似た制御となる。ただし、ここでの光強度分布は位相変調により形成されるものであるため、光源からの光の利用効率の低下防止が図られる。
　この場合の強度変調ＳＬＭ１１は、位相変調ＳＬＭ３によって再生された低周波画像の再生像のディテールを整えて、投影面Ｓｐ’上に目標画像に応じた光強度分布を再生するように機能する。これにより、再生像の解像度低下の抑制を図りつつ、再生像の高コントラスト化を図ることができる。
　図１８に示すプロジェクタ装置１０では、位相変調ＳＬＭ３における空間光位相変調の手法として、各ドメインＤｍが共通領域に共通の光強度分布を再生する手法が採られている。このことで、投影面Ｓｐ’上における再生像に光源からの入射光の光強度分布が重畳してしまうことの防止が図られる。換言すれば、投影面Ｓｐ’における像再生について、入射光強度分布に対するロバスト性向上が図られる。
　なお、図示による説明は省略するが、プロジェクタ装置１０においても、第二実施形態の第一例や第二例で説明したようなドメインＤｍの分割数を動的に変化させる処理が行われてもよい。
<４．変形例>

　ここで、実施形態としては上記で説明した具体例に限定されるものではなく、多様な変形例としての構成を採り得る。
　例えば、上記では、基礎位相分布ＤｐｒをFreeform法により都度計算する例を挙げたが、基礎位相分布Ｄｐｒとしては予め計算されたものを用いることも可能である。
　例えば、照明装置１として、ヘッドライトへの適用等の場合は、再生すべき画像（光強度分布）が限られていることがある。その場合には、再生すべき画像ごとに予め計算された基礎位相分布Ｄｐｒの情報を制御部５が読み出し可能なメモリに記憶させておき、再生画像の切り替えタイミングで、該メモリから該当する基礎位相分布Ｄｐｒを読み出して用いるようにすることもできる。
　また、ドメインＤｍの分割数が固定である場合には、ドメインＤｍごとのレンズ成分Ｄｐｌは固定となるため、該固定のレンズ成分Ｄｐｌを用いて、再生すべき画像ごとに各ドメインＤｍのドメイン位相分布Ｄｐｄを予め計算しておくことができる。この場合には、これら予め計算された画像ごとの各ドメインＤｍのドメイン位相分布Ｄｐｄをメモリに記憶させておき、再生画像の切り替えタイミングで、該メモリから該当するドメイン位相分布Ｄｐｄを読み出して用いるようにすることもできる。
　また、光源部２については、図１９に示す光源部２Ａのように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の発光素子２ｒ、２ｇ、２ｂが複数配列されたものを用いることもできる。この場合、これら各色の発光素子２ｒ、２ｇ、２ｂが発する光の合成光により、白色による像再生を行うことができる。
　このとき、実施形態としての照明装置やプロジェクタ装置では、像再生は屈折現象を利用して行われるものであるため（図３等を参照）、ＣＧＨ（Computer-Generated Hologram）のように回折現象を利用して像再生を行う場合のような波長選択性の問題については無視することができる。このため、図１９に例示する各色の発光素子２ｒ、２ｇ、２ｂを配列した光源部２Ａを用いた場合であっても、波長選択性を考慮して発光素子２ｒ、２ｇ、２ｂを色ごとに時分割で発光させる必要はなくなる。また、三板式のプロジェクタ装置のように色ごとに光路や空間光変調器を分けて設ける構成を採る必要もなくなる。
<５．実施形態のまとめ>

　以上で説明してきたように実施形態としての照明装置（同１、１Ａ、１Ｂ、又はプロジェクタ装置１０）は、発光素子（同２ａ、２ｒ、２ｇ、２ｂ）を有する光源部（同２、２Ａ）と、光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部（位相変調ＳＬＭ３）と、位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメイン（同Ｄｍ）が、投影面（同Ｓｐ）上の共通領域（同Ｒｃ）にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布（共通位相分布Ｄｐｃ）に基づく光強度分布を再生するように位相変調部を制御する制御部（同５、５Ａ、５Ｂ）と、を備えるものである。
　このように複数のドメインが投影面上の共通領域に共通の位相分布に基づく光強度分布を再生することで、該共通領域に再生される光強度分布は、各ドメインによる光強度分布を合成したものとなる。そのため、入射光の光強度分布が一様でなく非均一な分布であっても、投影面においては各ドメインからの寄与が平均化されるため、再生像の光強度分布が変化し難くなる。
　従って、入射光の光強度分布が非均一である場合において、非均一な入射光強度分布が再生像に重畳され難くすることができ、入射光強度分布に対するロバスト性向上を図ることができる。
　入射光強度分布に対するロバスト性向上が図られることで、光源部が一様な強度分布の光を発する必要がなくなり、複数の発光素子が配列されたアレイ状の光源部を用いることができる。これにより、コスト削減を図ることができる。
　また、アレイ状の光源部を用いた場合に、経年変化により発光素子間の発光強度差が大きくなったとしても再生像への影響を緩和することができる。
　また、実施形態としての照明装置においては、光源部は複数の発光素子を有している。
　これにより、所定の光量条件を満たすにあたり光源部に単一の高出力発光素子を用いる必要がなくなる。　
　従って、光源部の低コスト化を図ることができる。
　さらに、実施形態としての照明装置においては、制御部は、Freeform法により計算した位相分布に対しドメインのサイズに応じたスケーリング処理を施して得た位相分布を共通の位相分布として用いている。
　これにより、Freeform法による位相分布計算をドメインごとに行う必要がなくなる。
　従って、処理負担の軽減を図ることができる。
　さらにまた、実施形態としての照明装置においては、制御部は、ドメインごとの位相分布として、共通の位相分布に対しドメイン位置に応じたレンズ成分（同Ｄｐｌ）を加算して得た位相分布を割り当てている。
　これにより、ドメインごとに共通の位相分布を用いる場合に対応して投影面の共通領域に共通の光強度分布を適切に再生することが可能となる。
　従って、位相分布計算に係る処理負担軽減を図りつつ入射光強度分布に対するロバスト性向上を図ることができる。
　また、実施形態としての照明装置においては、制御部（同５Ａ、５Ｂ）は、ドメインの分割数を動的に変化させている。
　ドメインの分割数を増加させると入射光強度分布に対するロバスト性が高められ、ドメイン分割数を減少させると再生像の解像度が高められる。
　従って、ドメインの分割数を動的に変化させることで、これらロバスト性や再生像の解像度について動的なバランス調整を行うことができる。
　さらに、実施形態としての照明装置においては、制御部（同５Ａ）は、入射光の光強度分布の均一性を評価した結果に基づいてドメインの分割数を変化させている。
　これにより、例えば入射光強度分布の均一性が低い場合にはドメイン分割数を増加させて再生像に対する入射光強度分布の影響緩和を図り、入射光強度分布の均一性が高い場合にはドメイン分割数を減少させて再生像の解像度向上を図る等、入射光強度分布に応じた適切なドメイン分割数の制御を行うことが可能となる。
　従って、入射光強度分布に対するロバスト性と再生像の解像度とについて、入射光強度分布に応じた適切なバランス調整を行うことができる。
　さらにまた、実施形態としての照明装置においては、制御部は、均一性の評価が低い場合は高い場合よりも分割数を増加させている。
　これにより、入射光強度分布の均一性が低い場合にはドメイン分割数を増加させて再生像に対する入射光強度分布の影響緩和を図り、入射光強度分布の均一性が高い場合にはドメイン分割数を減少させて再生像の解像度向上を図ることが可能となる。
　従って、入射光強度分布に対するロバスト性と再生像の解像度とについて、入射光強度分布に応じた適切なバランス調整を行うことができる。
　また、実施形態としての照明装置においては、制御部は、均一性の評価が低くなるに従って分割数を増加させている。
　これにより、入射光強度分布の均一性が低下するに従って、入射光強度分布が再生像に与える影響の緩和効果を高めることが可能となる。
　従って、入射光強度分布が再生像に与える影響を適切に緩和することができる。
　さらに、実施形態としての照明装置においては、光源部は複数の発光素子を有し、制御部は、均一性の評価を、光源部における非発光の発光素子の検出有無に基づいて行っている。
　これにより、入射光強度分布の均一性評価を発光素子の導通状態についての検出結果に基づき行うことが可能となる。
　従って、均一性評価のための検出部の構成を簡略化することができ、部品点数の削減及びコスト削減を図ることができる。
　さらにまた、実施形態としての照明装置においては、制御部（同５Ｂ）は、投影面を撮像した撮像画像に基づき、投影面における再生像の光強度分布と目標とする光強度分布との差を求め、該差に基づいてドメインの分割数を変化させている。
　これにより、再生像の光強度分布と目標とする光強度分布との差が抑制されるようにドメイン分割数の調整を行うことが可能とされる。
　従って、入射光強度分布に対するロバスト性向上を図ることができる。
　また、実施形態としての照明方法は、発光素子を有する光源部と、光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部とを備えた照明装置における照明方法であって、位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように位相変調部を制御する照明方法である。
　このような実施形態としての照明方法によっても、上記した実施形態としての照明装置と同様の作用及び効果を得ることができる。
　また、実施形態としてのプロジェクタ装置（同１０）は、発光素子を有する光源部と、光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、位相変調部により空間光位相変調が施された光について空間光強度変調を行う強度変調部（強度変調ＳＬＭ１１）と、位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、強度変調部の強度変調面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように位相変調部を制御する制御部（同５）と、備えるものである。
　これにより、位相変調部を設けて光源部からの入射光についての光利用効率の向上を図るプロジェクタ装置において、位相変調部に対する入射光の光強度分布が一様でなく非均一な分布であっても、再生像の光強度分布が変化し難くなるように図ることが可能となる。
　従って、再生像の高コントラスト化を図りつつ、入射光強度分布に対するロバスト性向上を図ることができる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
<６．本技術>

　なお本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）
　発光素子を有する光源部と、
　前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、
　前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する制御部と、を備える
　照明装置。
（２）
　前記光源部は複数の発光素子を有する
　前記（１）に記載の照明装置。
（３）
　前記制御部は、
　前記Freeform法により計算した位相分布に対し前記ドメインのサイズに応じたスケーリング処理を施して得た位相分布を前記共通の位相分布として用いる
　前記（１）又は（２）に記載の照明装置。
（４）
　前記制御部は、
　前記ドメインごとの位相分布として、前記共通の位相分布に対しドメイン位置に応じたレンズ成分を加算して得た位相分布を割り当てる
　前記（３）に記載の照明装置。
（５）
　前記制御部は、
　前記ドメインの分割数を動的に変化させる
　前記（１）から（４）の何れかに記載の照明装置。
（６）
　前記制御部は、
　前記入射光の光強度分布の均一性を評価した結果に基づいて前記ドメインの分割数を変化させる
　前記（５）に記載の照明装置。
（７）
　前記制御部は、
　前記均一性の評価が低い場合は高い場合よりも前記分割数を増加させる
　前記（６）に記載の照明装置。
（８）
　前記制御部は、
　前記均一性の評価が低くなるに従って前記分割数を増加させる
　前記（７）に記載の照明装置。
（９）
　前記光源部は複数の発光素子を有し、
　前記制御部は、
　前記均一性の評価を、前記光源部における非発光の前記発光素子の検出有無に基づいて行う
　前記（６）から（８）の何れかに記載の照明装置。
（１０）
　前記制御部は、
　前記投影面を撮像した撮像画像に基づき、前記投影面における再生像の光強度分布と目標とする光強度分布との差を求め、該差に基づいて前記ドメインの分割数を変化させる
　前記（５）から（９）の何れかに記載の照明装置。
（１１）
　発光素子を有する光源部と、前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部とを備えた照明装置における照明方法であって、
　前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する
　照明方法。
（１２）
　発光素子を有する光源部と、
　前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、
　前記位相変調部により空間光位相変調が施された光について空間光強度変調を行う強度変調部と、
　前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、前記強度変調部の強度変調面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する制御部と、を備える
　プロジェクタ装置。
１、１Ａ、１Ｂ　照明装置
２、２Ａ　光源部
２ａ、２ｒ、２ｇ、２ｂ　発光素子
３　位相変調ＳＬＭ
４、１４　駆動部
５、５Ａ、５Ｂ　制御部
６　非発光素子検出部
７　撮像部
Ｓｐ、Ｓｐ’　投影面
Ｓｍ　位相変調面
Ｄｍ、Ｄｍ－１、Ｄｍ－２、Ｄｍ－３　ドメイン
Ｒｃ　共通領域
Ｏａ　遮蔽物
Ａｒ　基礎領域
Ｄｐｒ　基礎位相分布
Ｄｐｃ　共通位相分布
Ｄｐｄ　ドメイン位相分布
Ｔａｒ、Ｔａｓ　接線
Ｄｐｌ、Ｄｐｌ－１、Ｄｐｌ－２、Ｄｐｌ－３　レンズ成分
１０　プロジェクタ装置
１１　強度変調ＳＬＭ
１２　低周波画像生成部
１３　高周波画像生成部

Claims (12)

  1. 　発光素子を有する光源部と、
    　前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、
    　前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する制御部と、を備える
    　照明装置。
  2. 　前記光源部は複数の発光素子を有する
    　請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記制御部は、
    　前記Freeform法により計算した位相分布に対し前記ドメインのサイズに応じたスケーリング処理を施して得た位相分布を前記共通の位相分布として用いる
    　請求項１に記載の照明装置。
  4. 　前記制御部は、
    　前記ドメインごとの位相分布として、前記共通の位相分布に対しドメイン位置に応じたレンズ成分を加算して得た位相分布を割り当てる
    　請求項３に記載の照明装置。
  5. 　前記制御部は、
    　前記ドメインの分割数を動的に変化させる
    　請求項１に記載の照明装置。
  6. 　前記制御部は、
    　前記入射光の光強度分布の均一性を評価した結果に基づいて前記ドメインの分割数を変化させる
    　請求項５に記載の照明装置。
  7. 　前記制御部は、
    　前記均一性の評価が低い場合は高い場合よりも前記分割数を増加させる
    　請求項６に記載の照明装置。
  8. 　前記制御部は、
    　前記均一性の評価が低くなるに従って前記分割数を増加させる
    　請求項７に記載の照明装置。
  9. 　前記光源部は複数の発光素子を有し、
    　前記制御部は、
    　前記均一性の評価を、前記光源部における非発光の前記発光素子の検出有無に基づいて行う
    　請求項６に記載の照明装置。
  10. 　前記制御部は、
    　前記投影面を撮像した撮像画像に基づき、前記投影面における再生像の光強度分布と目標とする光強度分布との差を求め、該差に基づいて前記ドメインの分割数を変化させる
    　請求項５に記載の照明装置。
  11. 　発光素子を有する光源部と、前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部とを備えた照明装置における照明方法であって、
    　前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、投影面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する
    　照明方法。
  12. 　発光素子を有する光源部と、
    　前記光源部からの入射光に対する空間光位相変調を行う位相変調部と、
    　前記位相変調部により空間光位相変調が施された光について空間光強度変調を行う強度変調部と、
    　前記位相変調部の位相変調面を分割して形成される複数のドメインが、前記強度変調部の強度変調面上の共通領域にFreeform法に基づき求められた共通の位相分布に基づく光強度分布を再生するように前記位相変調部を制御する制御部と、を備える
    　プロジェクタ装置。
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