[发明专利]用于自由曲面透镜构造的数值方法:面积参数化自由曲面透镜构造有效

专利信息
申请号: 201580041646.7 申请日: 2015-07-31
公开(公告)号: CN106796355B 公开(公告)日: 2020-09-22
发明(设计)人: 格温·丹贝格;安德斯·巴莱斯塔特;巴维恩·库马兰;詹姆斯·格雷格森 申请(专利权)人: MTT创新公司
主分类号: G02B27/18 分类号: G02B27/18;G02B26/08
代理公司: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 李春晖;李德山
地址: 加拿大不列*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 用于 自由 曲面 透镜 构造 数值 方法 面积 参数
【说明书】:

可以制作自由曲面透镜(例如,相位调制器、透镜或可变形镜)以再现由图像数据指定的光图案。自由曲面透镜上的源区被映射到图像上的目标区面积。调整源区的面积以改变传送到每个目标区的光量。源面积的调整可以使用优选地并入平滑性和旋度正则化项的L‑BFGS优化来实现。实施方式应用并行处理以实时或接近实时地获得自由曲面透镜的控制值。设备可以处理图像数据并通过使用处理的图像数据控制动态可变自由曲面透镜来显示图像。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年7月31日提交的美国申请第62/031250号和于2015年7月20日提交的美国申请第62/194728号的优先权。为了美国的目的,本申请根据35 U.S.C.§119要求于2014年7月31日提交且题为“METHODS AND APPARATUS LIGHT STEERING USING PHASE-MODULATED IMAGING”的美国申请第62/031250号以及于2015年7月20日提交且题为“NUMERICAL APPROACHES FOR FREE-FORM LENSING:AREA PARAMETERIZATION FREE-FORMLENSING”的美国申请第62/194728号的权益,其两者通过引用并入本文以用于所有目的。

技术领域

发明涉及使用自由曲面透镜来投射光。在一些实施方式中,自由曲面透镜包括空间相位调制器。实施方式提供了光投影仪、用于投射光的方法、用于光投影仪的组件以及包含用于实现所述方法的机器可读指令的有形介质。

背景技术

存在其中期望投影光图案的许多应用。这些应用包括显示器(例如,电影放映机、计算机显示器、电视、广告显示器-例如广告牌、虚拟现实显示器等)、以及建筑照明、汽车照明(例如,车头灯、驾驶灯)和特效照明(例如,剧院舞台照明、音乐会照明)。

一个技术问题是提供能够实现高亮度水平的显示器。例如,高亮度水平可以用于投影具有高动态范围的光图案和/或投影在各种环境照明条件下可见的光图案。利用许多当前显示技术实现高亮度水平伴随有不期望的高功率消耗。

在成像系统中使用光转向的主要动机是可以实现远高于全屏白色(FSW)的峰值亮度水平。由于从暗区获取的光可以被重新分布(转向)到需要更高亮度的区域而使这成为可能。使光转向的另一个结果是也可以达到更深的黑色水平。通过扩展图像中的高光和黑色水平,可以同时显示更宽范围的光水平(“增加的对比度”)。

光可以被自由曲面透镜转向。确定将使光转向以提供期望的光图案的自由曲面透镜的配置对于除了非常简单的光图案之外的所有光图案在计算上都是困难的。计算焦散是涉及折射和/或反射光学层如何影响光分布的研究领域。

计算焦散的一些方法涉及确定预先指定的离散基元例如平面斑块、二次斑块或高斯斑块的布置。基于预先指定的基元的方法在基元不以兼容的方式接触时通常经受边缘效应。

一些替代方法应用最优传输。最优传输寻求从源到目标分布的映射,使得用户指定的成本函数最小化。最优传输已经应用于诸如操作研究和网格处理之类的领域:最优传输公式用于确定透镜平面处的源强度分布到图像平面处的目标分布的映射。这种方法可以实现高对比度和非常好的图像质量,但是具有高计算成本。典型的图像可能需要几小时的计算。此外,计算难以并行化。

仍然需要能够生成期望的光场的光投影仪。特别需要产生在计算上高效的期望光场并且还提供期望光场的质量再现的方法。还期望用于再现能量高效的光场的方法和设备。

发明内容

本发明具有许多方面。一些方面提供光投影仪。一些方面提供用于生成对应于期望光场(其可以包括图像——在一些实施方式中所述图像可以为视频帧)的自由曲面光学器件(其可以包括空间相位调制器)的方法。一些方面提供用于处理指定光场的数据以得到用于相应的自由曲面透镜的配置的方法。

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