[发明专利]光场投影装置及方法

说明书

公开了光场投影装置及方法。照明装置的不期望的高能耗可至少部分地由消耗的(衰减的)光引起。可以用于投射光(包括图像)的光学高效照明系统利用光重定向。可以应用相位调制装置以创建期望的光场。一些实施方式提供了两个或多个调制显示或投影系统，其中一些调制器或所有调制器不仅使幅度衰减，而且放大幅度，或改变由光源提供的光的相位、频率和偏振。

本申请是申请日为2014年10月20日，中国申请号为201480064480.6，国际申请号为PCT/CA2014/051013，发明名称为“光场投影装置及方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年10月20日提交的美国申请第61/893270号的优先权。针对美国的目的，该申请根据35 U.S.C.§119要求于2013年10月20日提交并且题为“LIGHT FIELDPROJECTORS AND METHODS(光场投影装置及方法)”的美国申请第61/893270号的权益，上述申请针对所有目的通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及光投影装置。一些实施方式可以应用于针对观看的投影图像。其他实施方式可以应用于创建用于照明或其他目的的结构光。实施方式在下述市场中具有示例应用：例如数字影院、TV和家庭影院、便携式和个人投影(军事的、移动的等)、室内与室外个人和大屏幕广告和信息宣传、标牌/广告/布告牌/室外广告、大型场地与现场表演、医学成像、虚拟现实、计算机游戏、办公室演讲和协同工作、汽车和其他车辆中的平视显示、智能照明例如自适应汽车车头灯、剧院聚光灯、安全/建筑照明、高对比度天象投影装置、室内与室外普通照明系统、街道照明、道路照明、航空照明系统以及高对比度模拟显示例如飞行模拟器。

背景技术

存在期望创建具有指定亮度分布的光场的许多情况。光投影系统具有从建筑照明至逼真图像的显示的非常广泛的应用。所投影的光图案可以是动态的(例如，视频)、静态的(用于静态图像或静态应用，如典型的车头灯通过透镜投射到道路上的光束，由任意成形的光学表面组成的光束等)。光可以被投射到可以是平的或弯曲的宽范围的屏和其他表面上。这样的表面可以是全反射(如影院中使用的帆布、墙或建筑物)或部分反射(例如车辆的挡风玻璃)。屏幕可以是低增益或高增益的、朗伯或高度定向的、高对比度或较低对比度的。光可以被投影在固态对象上或投影在体积中的介质上(例如雾)。

光投影装置的市场和应用包括：数字影院、室内和室外广告、医学成像(均用于显示图像以及通过智能光源捕获)、大型场地与现场事件或表演、汽车平视显示、车头灯和尾灯、汽车娱乐和信息显示、家庭影院、便携式商业投影、用于消费者应用的电视和显示、军事应用、航空应用(如座舱显示、智能着陆辅助、个体乘客娱乐显示)、用于工业应用的结构化光源、汽车头灯以及其他应用。

各种装置可以用于空间调制光。这些可以被称为空间光调制器(SLM)。大部分SLM提供独立和单独可寻址像素的2D阵列。SLM的一些示例是反射式SLM(例如数字微镜装置(DMD)、硅上液晶(LCoS)装置)和透射式SLM(例如LCD面板、透射式LCD芯片(例如高温多晶硅(HTPS)或低温多晶硅(LTPS)))；以及部分反射/部分透射SLM，例如一些入射光被透射以及一些入射光被反射的基于微机电系统(MEMS)的系统。一个问题是大部分易于利用的空间光调制技术是减色法。这些SLM技术通过吸收或移除不期望的光来操作。这有助于下述更一般的问题：光投影和通常普通照明技术倾向于具有不期望的高能耗，并且还可能具有不期望的有限的峰值亮度。

另外的考虑应用于适于投影图像的光投影装置。例如，在这样的投影装置中，可以关注升高的黑电平、不期望的低对比度和有限的颜色饱和。

这些限制可能意味着黑暗观看环境(例如电影院、暗起居室或一些其他照明受控环境)需要最有效地使用投射影像。这限制了投影装置的可能应用。

在包括光投影的所有技术领域中，以竞争性成本实现期望水平的性能会是一个问题。