[發明專利]應用于成像、照明和投影的高效的動態高對比度透鏡作用

有效

• 申請號: 201580037846.5
• 申請日: 2015-06-03
• 公開（公告）號: CN106662739B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 格溫·丹貝格;詹姆斯·格雷格森;沃爾夫岡·海德里希
• 申請（專利權）人: MTT創新公司
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06;G02B27/18;H04N5/74
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;陳煒

一種新穎的投影儀設計將僅影響照明的相位的一個空間光調制器以及僅影響其幅度(強度)的一個空間光調制器組合。唯相位調制器將光的波前曲線化，并且用作常規幅度調制器的預調制器。該方法使用白光和激光照明兩者來工作，高效地生成粗糙的圖像表示，從而能夠在單個圖像幀內明顯地提高高亮以及較暗的黑色水平，同時降低整個光源功率需求。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年6月3日提交的美國專利申請第62/007341號和于2015年2月20日提交的美國專利申請第62/118945號的優先權。為了美國的目的，本申請按照35 U.S.C§119要求于2014年6月3日提交的題為DYNAMIC FREEFORM LENSING WITH APPLICATIONS TOHIGH DYNAMIC RANGE PROJECTION的美國專利申請第62/007341號和于2015年2月20日提交的題為EFFICIENT,NUMERICAL APPROACHES FOR HIGH CONTRAST FREEFORM LENSING的美國專利申請第62/118945的權益，并且出于各種目的，將其通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及產生所需的光圖案。在一些實施方式中，所需的光圖案與由圖像數據指定的圖像對應。具體實施方式提供了用于對自由曲面透鏡諸如移相光調制器、可變反射鏡等進行控制以實現所需的光分布的方法。其他實施方式提供了用于投射光的投影儀。

背景技術

光效率和動態范圍兩者都是商業投影儀設計的主要關注點。即使大多數圖像只需要少量的在其平均圖片水平之上的局部非常亮的高亮以看起來現實[Rempel等人，2011]，但是高對比度和峰值亮度對于更高的感知圖像質量(亮度、色度)是至關重要的[Rempel等人，2009]。另一方面，光學系統應該是高效的以使功率消耗最小并且簡化熱管理。后一個問題使得通過提高投影儀光源的功率來實現非常高的峰值亮度是不切實際的。

幅度空間光調制器(或SLM)通常用于通過像素選擇性阻擋光來在圖像中創建色調和顏色。由于受阻擋的光被吸收，所以這樣的SLM傾向于光學效率低。

可以通過提供兩級或更多級的光調制器(Hoskinson等人)來實現HDR(高動態范圍)圖像投影。許多光調制器(例如LCD面板)通過減法(即通過吸收不需要的光)來產生所需的光場。已經進行了一些努力以通過對光進行重新分配來創建所需的光場。然而，許多可用的光重新分配技術具有顯著的缺點。例如，一些需要激光，這可以導致激光斑點。一些計算非常密集。一些需要光的非常高的空間頻率控制，這對光調制器提出要求并且還會導致由光的衍射引起的偽影。

可以設計自由曲面透鏡以在預限定的照明條件下產生特定的焦散圖像[Finckh等人，2010；Papa等人，2011；Schwartzburg等人，2014；Yue等人，2014]，自由曲面透鏡可以是非球面非對稱透鏡。焦散圖像是入射在自由曲面透鏡上的光的重新分布或“重新分配”[Hoskinson等人2010]，設計這種自由曲面透鏡的計算機圖形方法被稱為基于目標的焦散。設計自由曲面透鏡以實現特定所需的圖像可以是計算密集的。

自由曲面透鏡可以應用于一般照明應用(例如[Minano等人，2009])，以及更具體地，應用于基于目標的焦散[Berry 2006；Hullin等人，2013]。用于設計自由曲面透鏡的一些方法應用離散優化方法，該離散優化方法作用于問題的像素化版本上(例如[Papas等人2011，Papas等人2012，Papas等人2012])。針對連續表面的其他優化沒有明顯的像素結構(例如[Finckh等人，2010；Kiser等人，2013；Pauly和Kiser 2012；Schwartzburg等人，2014；Yue等人，2014)。