特許 6368505 ホログラフィーを用いた画像化のための光成形

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6368505

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】ホログラフィーを用いた画像化のための光成形

(51)【国際特許分類】

   G03H 1/22 20060101AFI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G03H1/22

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-44890(P2014-44890)

(22)【出願日】2014年3月7日

(65)【公開番号】特開2014-174553(P2014-174553A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2016年4月12日

(31)【優先権主張番号】13/789,805

(32)【優先日】2013年3月8日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】508145241

【氏名又は名称】クリスティー デジタル システムズ ユーエスエー インコーポレイティッド

【氏名又は名称原語表記】Ｃｈｒｉｓｔｉｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100104569

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 正夫

(72)【発明者】

【氏名】マイケル パーキンス

【審査官】 廣田 健介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２５７２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１８０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０９４０１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５７４８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−３５６６７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｈ １／００−５／００

Ｇ０２Ｂ ５／１８；５／３２

Ｇ０２Ｂ ２７／００−２７／６４

Ｇ０３Ｂ ２１／００−２１／６４

Ｈ０４Ｎ ５／６６−５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
画像データに従って入射光を変調し、且つ変調光を出力するよう構成された画像装置と、
前記変調光を投影するように配置された投影レンズと、
ホログラフ装置であって、複数の異なるホログラフ要素を有し、当該ホログラフ要素の各々が永久的なホログラムを画定し、当該複数の異なるホログラフ要素のうちの複数のホログラフ要素の各々を、前記光源と前記画像装置との間に延びている光経路に選択的に配置するように構成された前記ホログラフ装置と、
前記画像データに対する分析を行い、且つ前記分析に基づいて、前記複数の異なるホログラフ要素を選択的に配置させる制御部と
を備え、 前記制御部が、前記分析を、前記画像データによって表される画像の複数の領域の画像輝度を分析することによって行う構成になっている画像プロジェクタ。

【請求項2】

請求項１に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記制御部が、前記画像データによって表される映像の個々のフレームに対して前記分析を行い、且つ前記分析に基づいて、前記複数の異なるホログラフ要素を当該フレーム毎に選択的に配置させる構成になっている画像プロジェクタ。

【請求項3】

請求項１記載の画像プロジェクタにおいて、
前記複数の異なるホログラフ要素のうちの複数のホログラフ要素の少なくとも１つが、前記画像装置に光を不均一に配光させるよう構成された光成形パターンを備える画像プロジェクタ。

【請求項4】

請求項３に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記複数の異なるホログラフ要素が、複数の相補的な光成形パターンを有するホログラフ要素の相補対を含む画像プロジェクタ。

【請求項5】

請求項３に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記複数の異なるホログラフ要素のうちの複数のホログラフ要素のうちの少なくとも別の１つが、前記画像装置に光を均一に配光させるよう構成された中立パターンを有する画像プロジェクタ。

【請求項6】

請求項１に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記制御部が、前記分析に基づいて前記光源の出力レベルを制御するよう構成されている画像プロジェクタ。

【請求項7】

請求項１に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記ホログラフ装置が、前記複数の異なるホログラフ要素に接続されており、前記複数の異なるホログラフ要素を選択的に配置するアクチュエータを備える画像プロジェクタ。

【請求項8】

請求項１に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記ホログラフ装置が摺動機構を備え、
前記複数の異なるホログラフ要素が、摺動軸に沿って直線的配列で配置されている画像プロジェクタ。

【請求項9】

請求項１に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記ホログラフ装置が回転機構を備え、
前記複数の異なるホログラフ要素が、回転軸の周りに円形配列で配置されている画像プロジェクタ。

【請求項10】

請求項１に記載の画像プロジェクタにおいて、
各々が複数の異なるホログラフ要素を備えた複数の前記ホログラフ装置を備えており、
前記画像プロジェクタは、異なる波長帯を有する複数の光源を備え、
各光源が前記複数のホログラフ装置の１つに光を提供するためのものである画像プロジェクタ。

【請求項11】

請求項１０に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記複数のホログラフ装置と前記画像装置との間に配置された光結合器をさらに備える画像プロジェクタ。

【請求項12】

請求項１１に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記複数のホログラフ装置と前記光結合器との間に配置された複数のフーリエ光学部品をさらに備える画像プロジェクタ。

【請求項13】

請求項１２に記載の画像プロジェクタにおいて、
前記光結合器と前記画像装置との間に配置された中継光学系をさらに備える画像プロジェクタ。

【請求項14】

画像装置用の光を成形する方法であって、当該方法が、
画像装置に提供される画像データに対する分析を行い、当該分析の実行が、前記画像データが表す画像の複数の領域の画像輝度を分析することを含む分析を行うことと、前記分析に基づいて、異なる光成形パターンを有する複数の異なるホログラフ要素であって各々が永久的なホログラムを画定するホログラフ要素から1つのホログラフ要素を選択することと、
前記選択されたホログラフ要素を、光源から放射された光の経路に配置することと、
前記選択されたホログラフ要素が、当該選択されたホログラフ要素の光成形パターンに従って、光を前記画像装置に配光することと、
前記画像装置が、前記画像データと、前記選択されたホログラフ要素から受光した前記配光された光とに基づいて、複数の画像を出力することと
を含む方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の方法において、
選択された複数のホログラフ要素を、異なる波長帯を有する複数の光源から放射された光の複数の経路に、選択し且つ配置することと、
前記選択された複数のホログラフ要素が、前記選択された複数のホログラフ要素の複数の光成形パターンに従って、光を前記画像装置に配光することと、
前記画像装置が、前記画像データと、前記選択された複数のホログラフ要素から受光した前記配光された光とに基づいて、複数の画像を出力することと
をさらに含む方法。

【請求項16】

請求項１４に記載の方法において、
前記画像データが映像を表し、前記分析が当該映像の個々のフレームに対して実行され、前記複数の異なるホログラフ要素からの前記１つのホログラフ要素の選択が、当該フレームの各々に対して行われる方法。

【請求項17】

請求項１４に記載の方法において、
前記分析に従って、前記光源が放射する光のレベルを制御することをさらに含む方法。

【請求項18】

異なる波長帯を有する複数の光源と、
映像画像データに従って入射光を変調し、且つ変調光を出力するよう構成された画像装置と、
前記変調光を投影するように配置された投影レンズと、
前記光源と前記画像装置との間に配置された光結合器と、
複数のホログラフ装置であって、各ホログラフ装置が、前記光源のうちの１つと前記光結合器との間に延びている光経路に選択的に配置可能な複数の異なるホログラフ要素であって各々が永久的なホログラムを画定するホログラフ要素を備えており、各々のホログラフ要素が光成形パターンを有する前記複数のホログラフ装置と、
前記映像画像データに対する分析を行い、且つ前記分析に基づいて、前記複数の異なるホログラフ要素を選択的に配置させる制御部と
を備え、
前記制御部が、前記分析を、前記画像データによって表される画像の複数の領域の画像輝度を分析することによって行う構成になっている画像プロジェクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は表示画像化に関し、より詳細には光成形又は光変調に関する。

【背景技術】

【0002】

画像品質を向上させるために、２段光変調を用いることが知られている。既知のシステムの一種では、第１段でソース光の複数の領域をフィルタし、次の第２段ではそのフィルタされた光を変調して画像を生成する。画像品質は向上する場合があるが、フィルタ除去された光が逸れて無駄になることがあり、エネルギーの無駄になりうる。光の無駄は、より多くの熱が発生する原因となり、分散又は冷却させるエネルギーがより多く必要となりうる。このように、より高品質の画像を生み出すことの代償として、エネルギーの無駄や熱の増加となる場合があり、このことは、多くの既知のシステムにおいてトレードオフ又は妥協となっている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本開示の一態様によれば、画像プロジェクタは、光源と、画像データに従って入射光を変調し、且つ変調光を出力するよう構成された画像装置と、変調光を投影するように配置された投影レンズと、複数の異なるホログラフ要素を有し、当該ホログラフ要素の各々が永久的なホログラムを画定し、複数の異なるホログラフ要素のうちの複数のホログラフ要素の各々を、光源と画像装置との間に延びている光経路に選択的に配置するよう構成されたホログラフ装置と、前記画像データに対する分析を行い、且つ前記分析に基づいて、前記複数の異なるホログラフ要素を選択的に配置させる制御部とを備えている。前記制御部は、前記分析を、前記画像データによって表される画像の複数の領域の画像輝度を分析することによって行う構成になっている。

【0004】

複数の異なるホログラフ要素のうちの複数のホログラフ要素の少なくとも１つは、画像装置に光を不均一に配光させるよう構成された光成形パターンを含んでいてもよい。

【0005】

複数の異なるホログラフ要素は、複数の相補的な光成形パターンを有するホログラフ要素の相補対を含んでいてもよい。

【0006】

複数の異なるホログラフ要素のうちの複数のホログラフ要素のうちの少なくとも別の１つは、画像装置に光を均一に分配させるよう構成された中立パターンを有していてもよい。

【0010】

画像データは映像を表してもよく、制御部は、映像の個々のフレームに対して分析を行い、且つ複数の異なるホログラフ要素をフレーム毎に選択的に配置するよう構成されていてもよい。

【0011】

制御部は、上記分析に基づいて光源の出力レベルを制御するよう構成されていてもよい。

【0012】

ホログラフ装置は、前記複数の異なるホログラフ要素に接続されており、前記複数の異なるホログラフ要素を選択的に配置するアクチュエータを含んでいてもよい。

【0013】

ホログラフ装置は摺動機構を備えていてもよく、複数の異なるホログラフ要素は、摺動軸に沿って直線的配列で配置されていてもよい。

【0014】

ホログラフ装置は回転機構を含んでいてもよく、複数の異なるホログラフ要素は、回転軸のまわりに円形配列で配置されていてもよい。

【0015】

画像プロジェクタは、各々が複数の異なるホログラフ要素を備えた複数のホログラフ装置をさらに備えていてもよい。画像プロジェクタは、異なる波長帯を有する複数の光源をさらに備えていてもよい。各光源が前記複数のホログラフ装置の１つに光を提供するためのものでもよい。

【0016】

画像プロジェクタは、複数のホログラフ装置と画像装置との間に配置された光結合器をさらに含んでいてもよい。

【0017】

画像プロジェクタは、複数のホログラフ装置と光結合器との間に配置された複数のフーリエ光学部品をさらに含んでいてもよい。

【0018】

画像プロジェクタは、光結合器と画像装置との間に配置された中継光学系をさらに含んでいてもよい。

【0019】

本開示における別の態様によれば、画像装置用の光を成形する方法は、異なる光成形パターンを有する複数の異なるホログラフ要素から1つのホログラフ要素を選択することと、選択されたホログラフ要素を、光源から放射された光の経路に配置することとを含んでいる。選択されたホログラフ要素は、当該選択されたホログラフ要素の光成形パターンに従って、光を画像装置に配光する。画像装置は、画像データと、前記選択されたホログラフ要素から受光した前記配光された光とに基づいて、複数の画像を出力する。

【0020】

本方法は、画像装置に提供される画像データに対する分析を行い、当該分析の実行が、前記画像データが表す画像の複数の領域の画像輝度を分析することを含む分析を行うことと、前記分析に基づいて、異なる光成形パターンを有する複数の異なるホログラフ要素であって各々が永久的なホログラムを画定するホログラフ要素から1つのホログラフ要素を選択することと、前記選択されたホログラフ要素を、光源から放射された光の経路に配置することと、前記選択されたホログラフ要素が、当該選択されたホログラフ要素の光成形パターンに従って、光を前記画像装置に配光することと、前記画像装置が、前記画像データと、前記選択されたホログラフ要素から受光した前記配光された光とに基づいて、複数の画像を出力することとを含んでいる。
また、選択された複数のホログラフ要素を、異なる波長帯を有する複数の光源から放射された光の複数の経路に、選択し且つ配置することをさらに含んでいてもよい。選択された複数のホログラフ要素は、その選択された複数のホログラフ要素の複数の光成形パターンに従って、光を前記画像装置に配光する。画像装置は、画像データと、選択された複数のホログラフ要素から受光した前記配光された光とに基づいて、複数の画像を出力する。

【0023】

画像データは映像を表してもよく、その映像の個々のフレームに対して分析が実行され、前記複数の異なるホログラフ要素からの前記１つのホログラフ要素の選択が、当該フレームの各々に対して行われてもよい。

【0024】

本方法は、上記分析に従って、前記光源が放射する光のレベルを制御することをさらに含んでいてもよい。

【0025】

本開示における別の態様によれば、画像プロジェクタは、異なる波長帯を有する複数の光源と、映像画像データに従って入射光を変調し、且つ変調光を出力するよう構成された画像装置と、前記変調光を投影するように配置された投影レンズと、前記光源と前記画像装置との間に配置された光結合器と、複数のホログラフ装置と、前記映像画像データに対する分析を行い、且つ前記分析に基づいて、前記複数の異なるホログラフ要素を選択的に配置させる制御部とを備えている。各ホログラフ装置は、前記光源のうちの１つと前記光結合器との間に延びている光経路に選択的に配置可能な複数の異なるホログラフ要素であって各々が永久的なホログラムを画定するホログラフ要素を備えており、各々のホログラフ要素は光成形パターンを有している。前記制御部は、前記分析を、前記画像データによって表される画像の複数の領域の画像輝度を分析することによって行う構成になっている。

【図面の簡単な説明】

【0026】

図面は、本開示の各実施形態を例としてのみ示す。

【0027】

【図1】本開示の一実施形態による画像プロジェクタのブロック図である。

【0028】

【図2】画像プロジェクタのホログラフ装置の図である。

【0029】

【図3A-3C】異なるホログラフ装置によって作り出される光パターン例の図である。

【0030】

【図4】画像プロジェクタの構成要素といくつかのホログラフ装置の効果の組み合わせ例との概略図である。

【0031】

【図5】いくつかのホログラフ装置の効果を組み合わせる別の例の図である。

【0032】

【図6】ホログラフ装置を用いた光成形方法のフローチャートである。

【0033】

【図7】別の実施形態によるホログラフ装置の図である。

【0034】

【図8】別の実施形態によるホログラフ装置の一部分の図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本開示では、ゾーン照射、ビームステアリング、光の成形、光の方向づけ、光変調として知られるものに対する教示を記載する。例として、光の比較的粗い成形のための第１段と、成形光を用いて画像を生成するための第２段とを有する２段投影システムを説明する。しかし、２段プロジェクタ以外のシステムに、本明細書で説明する教示を用いてもよい。さらに、本開示は任意の種類の画像に適用され、画像及び画像データという用語は、静止画像や映像のフレームなどを指す場合がある。

【0036】

本明細書に記載の教示により、エネルギー効率の向上、画像コントラストの向上、及びダイナミックレンジの向上をもたらしうることが以下より理解されるはずである。これらの教示を用いることにより、超高輝度の局部領域を極めて暗い領域と共存させた画像を生成することができる。

【0037】

図１は、本開示の一実施形態による画像プロジェクタ１０を示す。

【0038】

画像プロジェクタ１０は、レーザなどの、高度にコリメートされた少なくとも１つの単色光源１２を含む。本実施形態では複数の光源（ＬＳ）１２が設けられている。光源１２は、ビームエキスパンダや光学素子などの構成要素でもよい。これらの光源１２は、異なる波長のものでもよく、これに応じて色成分が異なっていてもよいが、詳しくは後述する。各々の光源１２は、投影に利用可能な全体光強度を高めるために、複数の別個の光源でもよい。

【0039】

画像プロジェクタ１０は、少なくとも１つのホログラフ装置（ＨＤ）１４をさらに含む。本実施形態では、各光源１２に１つというように、複数のホログラフ装置１４が設けられている。各々のホログラフ装置１４は、複数の異なるホログラフ要素を備えている。各々のホログラフ要素は、光源１２が放射した光を異なるように成形するよう構成されている。各々のホログラフ装置１４は、自身のホログラフ要素の各々を、光源１２を起点として画像装置１６まで延びている光経路に、選択的に配置するよう構成されている。選択されたホログラフ要素は、光源１２が放射した光３２を成形して、成形光３４を出力する。

【0040】

画像装置１６は、画像データ１８に従って入射光を変調し、変調光を投影レンズ２０に出力するよう構成されている。画像装置１６は、一組のＬＣＤライトバルブ、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、液晶オンシリコン・デバイス（ＬＣＯＳ）等を備えていてもよい。

【0041】

投影レンズ２０は、画像装置１６から受光した変調光をスクリーン等の表面に投影するように配置されている。追加の投影光学素子が含まれていてもよい。

【0042】

本実施形態では、画像プロジェクタ１０は、複数のフーリエ光学部品（ＦＯ）２２、光結合器２４、及び中継光学系２６をさらに備えている。フーリエ光学部品２２は、ホログラフ装置１４と光結合器２４との間に配置してもよい。中継光学系２６は、光結合器２４と画像装置１６との間に配置してもよい。

【0043】

フーリエ光学部品２２は、ホログラフ装置１４が出力した光３４を調整して、光結合器２４での加算に好適な光を生成するよう構成されている。フーリエ光学部品２２は、光源１２が生成した光の性質と、ホログラフ装置１４及び光結合器２４の特定の実施様態とに従って、選択し構成してもよい。

【0044】

光結合器２４は、ホログラフ装置１４及びフーリエ光学部品２２が成形した光を結合して、画像装置１６が使用できる輝度と波長プロファイルを有するビームにするよう構成されている。光結合器２４は、周知のように、ライトパイプ、プリズム、レンズ、ダイクロイック、ミラー、又はその他の光学素子を並べたものでもよい。

【0045】

中継光学系２６は、光結合器２４が出力したビームを画像装置１６に届けるよう構成されている。中継光学系２６は、これに適合する特定の形状及び光特性にあわせて、任意の数、種類、及び構成のレンズ等の光学部品であってもよい。

【0046】

画像プロジェクタ１０は、少なくとも画像装置１６とホログラフ装置１４とに接続された制御部２８をさらに備えている。制御部２８は、複数の光源１２にさらに接続されて、光源１２が放射する光の量を個別に制御してもよい。制御部２８は、各ホログラフ装置１４の複数の異なるホログラフ要素を選択的に配置することにより、複数の光源１２が放射した光３２を選択的に成形して、画像装置１６にとって効率的なビームとするよう構成されている。制御部２８は、画像装置１６が生成することになる画像を表す画像データ１８に基づいて、ホログラフ装置１４を駆動することができる。このようにして画像装置１６に入力される光を変調することにより、画像投影に利用可能なダイナミックレンジを増すことができる。さらに制御部２８は、光源１２の出力を制御することにより、生成光を画像データ１８に要求されるものと一致させ続けるようにすることができる。例えば、画像データ１８が表す映像の１フレームが、全体的に暗いが高輝度の局部領域がある場合、制御部２８は、光源を制御して、放射される光量を減らすようにする。複数のホログラフ装置１４は、光源１２が放射する低減した量の光を成形して、局部領域の輝度要件を満たしつつ、光をあまり無駄にすることなく画像の残り部分の暗い要件も満たすように制御される。光の成形がホログラフ要素によって行われるため、従来の光変調技術に比べて無駄になる光が少なく、エネルギー効率の向上と廃熱の減少につながりうる。画像プロジェクタ１０が投影する画像も、既知の技術が生成できるコントラストよりも高くすることができる。さらに、極めて低い輝度の局部領域と同じ画像内で、極めて高い輝度の局部領域を生成することができる。

【0047】

図２は、ホログラフ装置１４の一例を示している。

【0048】

ホログラフ装置１４は、複数の異なるホログラフ要素４２、４４、４６を含む。本実施形態では３つのホログラフ要素４２、４４、４６が設けられている。ホログラフ装置１４は、ホログラフ要素４２、４４、４６に接続されたアクチュエータ５０をさらに備えており、光源１２が放射した光３２の経路に、ホログラフ要素のうちの１つが選択的に配置される。本実施形態では、ホログラフ要素４２、４４、４６は、摺動軸４８に沿って直線的配列で配置されている。アクチュエータ５０は、歯付きラック５２とピニオン５４等の直線摺動機構によってホログラフ要素４２、４４、４６に接続されたステッピングモータでもよい。アクチュエータ５０は、その制御入力部が制御部２８に接続されており、ホログラフ要素４２、４４、４６を摺動軸４８に沿って移動させる。

【0049】

ホログラフ要素４２、４４、４６は各々が、最終的に光を画像装置１６に不均一に配光するよう構成された光成形パターンを備えている。この光成形パターンは、写真乳剤、重クロム酸ゼラチン、感光性樹脂、光屈折性材料等が塗布された基板などのホログラム記録媒体上に設けられてもよく、これによりホログラフ要素４２、４４、４６の各々は永久的なホログラムを画定する。このように、光源１２が放射した比較的均一な光のビーム３２は、異なるホログラフ要素４２、４４、４６のどれが光３２の経路に配置されようと、それに対応する照射パターンを有する光３４となるように成形可能である。

【0050】

図面では、ホログラフ要素４２、４４、４６は、互いに垂直であるビーム３２、３４に対して４５度に向けられている。これは説明を目的としたものであり、その他多くの形状が可能である。ホログラフ要素４２、４４、４６が反射型ホログラムと透過型ホログラムのどちらを採用しているかによって、異なる形状を実装してもよい。

【0051】

図３Ａ〜図３Ｃは、ホログラフ装置１４が生成可能な照射パターン例を示している。図示されているパターンは、画像装置１６が受光する状態の、図１の３６の所のパターンである。なお、光ビームの形状は、画像装置１６の上流側位置では異なっていてもよい。

【0052】

図３Ａは、ホログラフ要素４２、４４、４６を有するホログラフ装置１４を示す。ホログラフ要素４２は、画像装置１６の左側領域６２に光を導くよう構成されている。したがって、画像装置１６の右側領域６４は、各光源１２から受光する光がより少なくなるか、あるいは全く無いことになる。

【0053】

ホログラフ要素４６は、画像装置１６の右側領域６４に光を導くよう構成されている。したがって、画像装置１６の左側領域６２は、各光源１２から受光する光がより少なくなるか、あるいは全く無いことになる。

【0054】

ホログラフ要素４２、４６は、相補的な複数の光成形パターンを有する相補対を構成している。したがって、ホログラフ要素４２、４６を実装しているホログラフ装置１４を制御して、画像装置１６の左側領域６２又は右側領域６４のどちらかに光を導くようにしてもよい。

【0055】

さらに、ホログラフ装置１４のホログラフ要素４４には、画像装置１６に比較的均一に光を配光するよう構成された中立パターンが設けられていてもよい。したがって、ホログラフ装置１４をさらに制御して、画像装置１６のいずれの特定領域にも光を導かないようにしてもよい。

【0056】

図３Ｂは、ホログラフ要素７２、７４、７６を有するホログラフ装置１４を示す。ホログラフ要素７２は、画像装置１６の上側領域８２に光を導くよう構成されている。したがって、画像装置１６の下側領域８４は、各光源１２から受光する光がより少なくなるか、あるいは全く無いことになる。ホログラフ要素７２と相補的であるホログラフ要素７６は、下側領域８４に光を導くよう構成されている。したがって、上側領域８２は、各光源１２から受光する光がより少なくなるか、あるいは全く無いことになる。ホログラフ要素７４は、画像装置１６に比較的均一に光を配光するよう構成された中立パターンを有する。

【0057】

図３Ｃは、ホログラフ要素９２、９４、９６を有するホログラフ装置１４を示す。ホログラフ要素９２は、画像装置１６の左上領域１０２及び右下領域１０４に光を導くよう構成されている。したがって、画像装置１６の右上領域１０６及び左下領域１０８は、各光源１２から受光する光がより少なくなるか、あるいは全く無いことになる。ホログラフ要素９２と相補的であるホログラフ要素９６は、右上領域１０６及び左下領域１０８に光を導くよう構成されている。したがって、左上領域１０２及び右下領域１０４は、各光源１２から受光する光がより少なくなるか、あるいは全く無いことになる。ホログラフ要素９４は、画像装置１６に比較的均一に光を配光するよう構成された中立パターンを有する。

【0058】

図３Ａ〜図３Ｃに示されているような複数のホログラフ装置１４に対する各光源１２は、同じ波長帯を有していてもよい。さらに、光結合器２４は、同じ波長帯を有する複数のホログラフ装置１４からの光を組み合わせ、その波長帯に対する結合光プロファイルを作り出すよう構成されていてもよい。異なる波長帯に対しては、独立して制御される複数組の光源１２とホログラフ装置１４を設けてもよい。それに応じて画像装置１６は、異なる色成分に対する複数の照射パターンを受け取ることができる。

【0059】

図４は、画像プロジェクタ１０の構成要素の概略図であって、いくつかのホログラフ装置１４の効果を組み合わせる一例を示している。図３Ａ〜図３Ｃの例示的なホログラフ装置１４が参照されるが、任意の構成のホログラフ装置１４を用いてもよい。

【0060】

同じ波長帯を有する光源１２がいくつか設けられている。図示の例では、複数のホログラフ装置１４を駆動して、ホログラフ要素４６、７４、９６が各光源１２の経路に配置されるようになっている。光結合器２４は、複数のホログラフ装置１４の出力を組み合わせて、組み合せた１本のビームを画像装置１６に出力する。したがって、３つ全てのホログラフ要素４６、７４、９６が右上領域１０６に光を導くため、画像装置１６では右上領域１０６の輝度が高くなる。画像装置１６の下側領域１０４、１０８では、ホログラフ要素のうちの２つ４６、９６がこれらの領域から光を逸らすため、受光する光がより少なくなる。左上領域１０２は、ホログラフ要素７４しかこの領域に光を提供しないため、さらに少ない光を受光する。

【0061】

図５は、いくつかのホログラフ装置１４の効果を組み合わせる別の例を示している。この例では、図４のホログラフ要素７４がホログラフ要素７６に置き換えられている。これは、例えば投影される画像が変化する場合などである。中立のホログラフ要素７４がホログラフ要素７６によって置き換えられ、このホログラフ要素７６が画像装置１６の下側領域８４に向けて光を導くため、左上領域１０２及び右上領域１０６では図４の構成例に比べてより少ない光が受光され、左下領域１０８及び右下領域１０４ではより多くの光が受光される。

【0062】

上述の通り、複数のホログラフ装置１４の組み合わせ効果を、様々な波長の複数の光源１２に用いてもよく、これにより画像装置１６は、フルカラーの投影画像を生成するのに適した光を受光する。一例として、赤、緑、及び青の複数のレーザ光源１２が用いられる。各光源１２は同色の３つのレーザを有しており、各光源１２が３つの異なるホログラフ装置１４の組（例えば、図３Ａ〜図３Ｃを参照）のうちの特定のホログラフ装置１４にビームを提供する。このように、各色に対して９つのレーザが用いられ、３つ一組が３組で変調される。したがって、合計２７個のレーザを用いて、画像装置１６に異なる色の照射パターンを提供する。

【0063】

図６は、画像装置が使用するために入射光を成形する方法のフローチャートを示している。この方法は、画像プロジェクタ１０の画像装置１６で用いて、制御部２８で実行してもよく、この場合について本方法を説明する。しかし、この方法は、特定の装置に拘束される必要はない。さらに、映像の場合についてこの方法を説明するが、同方法は映像の用途に限定されない。また、多色の場合には、本明細書で述べる輝度を、特定の波長帯を有する光の強度と解釈してもよい。

【0064】

１２０では、映像の現フレームが、画像装置１６により投影用に出力される。

【0065】

ほぼ同時に、次に投影されるフレームの画像データ１２２が１２４で取得される。この取得は、制御部２８が次フレームの画像データをワーキングメモリにロードすることによって行ってもよい。

【0066】

次フレーム画像データがロードされた後で且つ現フレームが投影されている時に、次フレーム画像データが１２６において分析される。この分析は、ホログラフ装置１４のどのホログラフ要素を選択すべきかを決定して、次フレームの光効率を向上させるために行われる。本実施形態では、この分析は、図３Ａ〜図３Ｃの領域１０２、１０４、１０６、１０８等、複数の領域に対する画像輝度の分析を含む。この場合、画像輝度は、複数の光源１２から届く必要のある特定の色に対する光量（強度）と解釈してもよい。多色で動作する画像装置の場合、この分析を色ごとに行ってもよい。例えば、仮に色空間がＲＧＢであり、赤、緑、及び青の光源１２に対して別のホログラフ装置１４が設けられているとする。そうすると輝度分析では、赤、緑、及び青の最大レベルと最小レベルを、画像装置１６の領域１０２、１０４、１０６、１０８の各々において、決定する必要がある。最大強度の赤を要する領域が画像に含まれている場合、それを可能とするために、複数の赤色光源に対応する複数のホログラフ装置１４のホログラフ要素を選択する。その画像の別の領域が赤をほとんど必要としないかまったく必要としない場合、これを考慮してホログラフ要素が選択される。同じことが別の色成分にも当てはまる。いくつかの実施形態では、分析１２６において、投影される画像の各領域において決定された色強度と、その結果として選択すべきホログラフ要素との関係を記憶している１以上の参照テーブルを含む輝度マップ１２８を参照してもよい。

【0067】

１３０では、分析１２６と輝度マップ１２８に従ってホログラフ要素が選択される。次に現フレームの投影が終了すると、選択された複数のホログラフ要素が各光源１２の光経路に配置されて、これにより分析１２６で決定された光成形パターンに従って、光が画像装置１６に配光される。これは、例えば、制御部２８がアクチュエータ５０を制御することによって行ってもよい。したがって、計算効率を上げるために、輝度マップ１２８が、アクチュエータの位置に関連する局所輝度の要件を記憶していてもよい。

【0068】

１３０でホログラフ要素が配置されるのとほぼ同時に、１３１において複数の光源１２が構成される。例えば、適切な合計量の光を確実に放射するために、輝度マップ１２８に従ってレーザの出力レベルを調整してもよい。１つの光源１２が複数の個別の光源を含む場合、特定の出力レベルに対して各個別の光源をオフ又はオンしてもよい。これを容易にするため、輝度マップ１２８はさらに、局所輝度の要件又は平均輝度の要件と関連づけて、光源の出力レベルを各々記憶していてもよい。光源の出力レベルは、光源１２を直接制御するための出力レベル又は出力制御パラメータとして記憶してもよい。

【0069】

ホログラフ要素が次フレーム用の位置に移動し（１３０において）、光源１２が出力を調整している（１３１において）のとほぼ同時に、１３２において、画像装置１６が次フレーム用に構成される。画像装置１６の構成は、画像データ１２４に基づいて、またさらに、選択されたホログラフ要素（マップ１２８など）に基づいて行ってもよく、これにより、画像装置１６のピクセル値と、ホログラフ要素によって提供された利用可能な局所的な光量との積が、所望の画像に等しくなる。

【0070】

１３０でのホログラフ要素の構成と、１３１での光源の出力レベル制御とは、（図示されているように）任意の順番で順次行ってもよく、又は並行して行ってもよい。

【0071】

１３０、１３１、１３２において、ホログラフ要素と、光源と、画像装置とを次フレームに向けての構成は、現フレームの投影が終了した後に行われるように制御されている。１３４においてホログラフ要素が適切な位置におかれ、光源レベルが調整され、そして画像装置が次フレーム用に構成されると、次フレームが現フレームとなり、本方法が繰り返される。

【0072】

フレーム間の遷移時間を減らすために、メモリパイプライン処理やダブルバッファ処理を用いてもよい。すなわち、現フレームに先立つ１枚又は複数枚のフレームに対して、ホログラフ要素のアクチュエータ位置と、光源レベルとを、あらかじめ計算しておいてもよい。その後、フレーム遷移の同期信号に応答して、あらかじめ計算されたホログラフ要素のアクチュエータ位置と光源レベルとをアクティブ化してもよい。

【0073】

ホログラフ要素は、リアルタイム再生中に、映像のフレームごとに選択及び配置を行ってもよい（又は現在位置を確認してもよい）。１３０においてホログラフ要素を配置するのに要する時間は、メモリパイプライン処理やダブルバッファ処理を採用した場合には、画像装置１６を次フレーム用に構成するのに要する時間よりさほど長くならないと考えられる。しかし、画像輝度の分析とホログラフ要素の配置は、フレームごとに行う必要はない。輝度の分析を一組のフレームに対して行い、これに基づいてホログラフ要素を配置してもよい。他の実施形態では、複数のフレームをひとかたまりで一緒に処理してもよい。例えば、次の２４フレームに対する平均局所輝度を決定し、その結果得られる位置へ複数のホログラフ要素を移動させて、この時点でその組の最初のフレームを投影してもよい。この最初のフレームに続く次の２３フレームの間は、ホログラフ要素がその位置にとどまっていてもよく、この間にその次の組の２４フレームに対する輝度の分析が行われる。これにより、処理負荷が低減できるとともに、ホログラフ要素の移動にかかわる機械部品の寿命を延ばすことができる。同様に、１かたまりのフレームに対して、光源出力レベルを処理してもよい。

【0074】

他の実施形態では、輝度分析により、複数のホログラフ要素を現在の位置に維持すべき何枚かのフレームがもたらされ、また、そのような何枚かのフレームの後に選択すべきホログラフ要素の次の構成がもたらされる。ここでも同様に、色成分ごとに独立して輝度の分析を行ってもよく、このような実施形態では、ある色成分に対するホログラフ要素が特定のフレームの所で変わる一方、別の色成分のホログラフ要素は変わらぬままであるということでもよい。同様に、光源出力を現在のレベルに維持すべき何枚かのフレームと、光源のレベルを調整すべき特定のフレームとを決定してもよい。

【0075】

さらに他の実施形態では、映像の全体又は一部を前処理して、選択された一組のホログラフ要素と光源出力レベルを取得し、これらをメタデータとしてソース映像に含めてもよい。このような実施形態では、リアルタイム又は準リアルタイムでの処理は行われず、１３０、１３１（図６）における分析の出力を、即時制御に用いるのではなく保存してもよい。この利点は、デジタルフィルムのクリエイターやエディターが、本明細書で述べた利点の恩恵を、編集中に受けられることである。

【0076】

図７は、ホログラフ装置１４０のさらに別の実施形態を示している。画像プロジェクタ１０において、ホログラフ装置１４の代わりにホログラフ装置１４０を用いてもよい。ホログラフ装置１４０は、ホログラフ装置１４に類似しており、相違点だけを詳述する。

【0077】

ホログラフ装置１４０は、ディスク１４４をアクチュエータ（図示せず、図２のアクチュエータ５０を参照）に接続する中央シャフト１４２などの回転機構を含む。ディスク１４４には複数の異なるホログラフ要素１４６〜１６０が取り付けられ、回転の中心軸の周りに円形配列で配列されている。制御部（制御部２８等）は、ディスク１４４の回転を制御して、ホログラフ要素１４６〜１６０のうち選択された１つを、光源１２が放射する光３２の経路に配置する。選択されたホログラフ要素１４６〜１６０が成形した光がその後出力され、その光は、この例では図７の面に垂直となる。

【0078】

図８は、別の実施形態によるホログラフ装置１７０の一部を示している。ホログラフ装置１７０は、画像プロジェクタ１０において、ホログラフ装置１４の代わりに用いてもよい。ホログラフ装置１７０は、ホログラフ装置１４と類似しており、相違点だけを詳述する。

【0079】

ホログラフ装置１７０は、格子状パターンで配列された複数の異なるホログラフ要素１７２を備えている。好適な二次元の摺動機構を設けることにより、制御部（制御部２８等）が、ホログラフ要素１７２のうち選択された１つを、光源１２が放射する光３２の経路に配置できるようにしてもよい。選択されたホログラフ要素１７２が成形した光３４がその後出力される。

【0080】

他の実施形態では、あるホログラフ装置に設けられた複数のホログラフ要素の全てが異なってはいない。ホログラフ要素のいくつかは同じでもよく、期待需要とホログラフ要素間の遷移に必要な時間とに基づき、他のホログラフ要素と相対的な位置に配置されていてもよい。例えば、図７を参照すると、他のパターンより頻繁に必要となることが予想される場合には、１つおきのホログラフ要素１４６、１５０、１５４、１５８が同じ光成形パターンを提供してもよい。これにより、成形される光の経路に、頻繁に要求されるホログラフ要素を配置するための移動が少なくなり且つ時間が短くなる。この例では、頻繁に要求されるホログラフ要素１４６、１５０、１５４、１５８に到達するために、ディスク１４４を最大で１つずつ増分移動させればよい。

【0081】

なお、光源が提供する光を変調するためにホログラフ要素を用いているため、光を導く際に、画像装置の特定領域の光をフィルタすることによって光を変調するシステムに特有の種類の損失がないことは注目に値する。同じ画像の中に極めて明るい領域と極めて暗い領域とを設けることが可能である。さらに、ホログラフ要素の効率が増すにつれて、光の浪費と熱の発生が少なくなる。また、成形される光のビームと完全に位置合わせされていなくてもホログラムが機能するため、ホログラフ要素を正確に配置する必要がない。さらに、機械的に配置される永久的なホログラムを用いるのは、コンピュータ生成されたホログラムを用いるよりも有利である。これは、永久的なホログラムは品質が高く、また、コンピュータ生成されたホログラムを制御するための処理要件に比べると、永久的なホログラムを配置するのに要する処理要件が低いためである。

【0082】

以上提示した実施形態例は限定的なものではなく、上述の組み合わせ、サブセット、及び変形が考えられる。要求する独占権は特許請求の範囲によって定義されている。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】