使用相位光调制器和空间光调制器对光进行调制的装置、系统和方法制造方法及图纸

一种使用相位光调制器(PLM)和空间光调制器(SLM)对光进行调制的装置、系统和方法。装置使用下述来确定待在PLM的位于PLM和SLM之间的图像平面处形成的表示图像的目标‑目的波：图像数据，该图像数据限定用于投影的图像；和在图像平面处该目标‑目的波的空间变化相位的空间值的随机播种；其中，SLM和PLM布置成使得从PLM反射的光照射SLM。该装置基于下述来确定待在PLM处形成的目标‑源波：在PLM和图像平面之间的自由空间传递函数；和目标‑目的波。该装置根据目标‑源波确定用于控制PLM以形成图像的相位图。该装置使用相位图控制PLM。

【技术实现步骤摘要】
使用相位光调制器和空间光调制器对光进行调制的装置、系统和方法
技术介绍
传统图像投影是固有低效的减法过程。例如，光被生成并被聚焦到空间光调制器(例如，数字微镜装置、液晶显示器、硅基液晶等)上。然而，空间光调制器仅使用光的一部分来生成图像，而光的不用于生成图像的其余部分被丢弃，例如被丢弃到光倾卸部中。这样的过程的效率可能约为10％，其中被生成的光的90％被浪费。这样的过程是固有低效的，并且由于用于操作投影中所使用的高强度光源的能量成本可能很高，这样的过程可能导致能量浪费、热过剩等。附图说明为了较好地理解本文描述的各种实施例，并较清楚地示出如何实现它们，现在将仅以示例方式参考所附附图，其中：图1描绘了根据非限制性实施例的一种用于使用相位光调制器和空间光调制器对光进行调制的装置。图2描绘了根据非限制性实施例的与图1的系统一起使用的计算装置的框图。图3描绘了根据非限制性实施例的一种使用相位光调制器和空间光调制器对光进行调制的方法的流程图。图4描绘了根据非限制性实施例的在图1的系统中实现的、使用相位光调制器和空间光调制器对光进行调制的方法的实施例。图5继续了根据非限制性实施例的在图1的系统中实现的、使用相位光调制器和空间光调制器对光进行调制的方法的实施例。图6继续了根据非限制性实施例的在图1的系统中实现的、使用相位光调制器和空间光调制器对光进行调制的方法的实施例。图7描绘了根据非限制性实施例的在仅相位的光调制器的四个示例像素中确定转向光的角度的实施例。图8描绘了根据非限制性实施例的对于640nm的红光的不同衍射级的幅度vs转向角度的图。图9描绘了根据非限制性实施例的图1的系统被用作电影院投影仪系统的实施例。图10描绘了根据非限制性实施例的图1的系统被用作三维打印机光生成系统的实施例。具体实施方式本文提供了一种系统和/或装置，该系统和/或装置包括空间光调制器(SLM)和相位光调制器(PLM)，例如处于两级级联架构，空间光调制器和相位光调制器布置成使得从PLM反射的光照射SLM。PLM被控制作为预调制器，以将光引导和/或转向到SLM的需要光以形成图像的区域上。因此，与例如将另一SLM用作预调制器时相比，丢弃的光较少。特别地，基于用于投影图像的图像数据对PLM和SLM两者进行控制；如以下将较详细描述的，对PLM的控制还基于Gerchberg-Saxton算法的新颖变型，并且对SLM的控制还基于新颖的光场估计技术(例如，用于照射SLM的估计光场)。此外，如本文所描述的系统和/或装置可以用在光要被投射的任何合适的应用中。例如，本文所描述的系统和/或装置可以适于将图像投影到屏幕上，并因此可以用于电影院投影仪系统中；在另一实施例中，本文所描述的系统和/或装置可以适于三维打印技术，并因此可以用在三维打印机光生成系统中。然而，这样的列表是非穷举的，并且本文所描述的系统和/或装置可以适于任何合适的应用。说明书的一个方面提供了一种装置，该装置包括：空间光调制器(SLM)；相位光调制器(PLM)，SLM和PLM布置成使得从PLM反射的光照射SLM；以及控制器，该控制器能够访问限定用于投影的图像的图像数据，该控制器配置成：使用下述来确定待在PLM的位于PLM和SLM之间的图像平面处形成的表示图像的目标-目的波：图像数据和在图像平面处该目标-目的波的空间变化相位的空间值的随机播种；基于目标-目的波和在PLM与图像平面之间的自由空间传递函数来确定待在PLM处形成的目标-源波；根据目标-源波确定用于控制PLM以形成图像的相位图；以及使用相位图控制PLM。说明书的另一方面提供了一种方法，该方法包括，在装置处使用下述来确定待在相位光调制器(PLM)的位于PLM和空间光调制器(SLM)之间的图像平面处形成的表示图像的目标-目的波：图像数据，该图像数据限定用于投影的图像；和在图像平面处该目标-目的波的空间变化相位的空间值的随机播种；其中SLM和PLM布置成使得从PLM反射的光照射SLM；在装置处基于目标-目的波和在PLM与图像平面之间的自由空间传递函数来确定待在PLM处形成的目标-源波；在装置处根据目标-源波确定用于控制PLM以形成图像的相位图；以及在装置处使用相位图控制PLM。说明书的另一方面提供了一种存储计算机程序的非暂时性计算机可读介质，其中，计算机程序的执行用于：在装置处使用下述来确定待在相位光调制器(PLM)的位于PLM和空间光调制器(SLM)之间的图像平面处形成的表示图像的目标-目的波：图像数据，该图像数据限定用于投影的图像；和在图像平面处该目标-目的波的空间变化相位的空间值的随机播种；其中，SLM和PLM布置成使得从PLM反射的光照射SLM；在装置处基于目标-目的波和在PLM与图像平面之间的自由空间传递函数来确定待在PLM处形成的目标-源波；在装置处根据目标-源波确定用于控制PLM以形成图像的相位图；以及在装置处使用相位图控制PLM。图1描绘了用于对光进行调制的系统100，该系统包括：空间光调制器(SLM)101、相位光调制器(PLM)103和控制器120，该控制器通过任何合适的有线和/或无线通信链路与SLM101和PLM103进行通信(在图1和整个本说明书中用双箭头描绘)。如所描绘，系统100还包括光源131，该光源用于例如经由集成和/或照射光学器件133照射PLM103。一般地，SLM101和PLM103布置成使得从PLM103反射的光例如经由中继光学器件143照射SLM101，并且其可以包括棱镜组件144，该棱镜组件配置成将照射光传送到SLM101并且将经调制的光传送到投影光学器件153。在图1以及整个申请中的光被描绘为系统100的部件之间的箭头(例如，阴影箭头)。此外，尽管文中未详细描述光学器件133、143、153，但是任何合适的光学器件都在本说明书的范围内。系统100的某些部件可以被设置为装置150；例如，如所描绘，SLM101、PLM103、控制器120和中继光学器件143可以被设置为集成装置150，其中光源131和光学器件133、153被设置为单独的装置。替代地，系统100的各种部件可以被设置在装置的任何合适的组合中。例如，SLM101、PLM103和中继光学器件143可以被设置为集成装置，并且控制器120可以被设置在与SLM101和PLM103进行通信的独立计算装置中。接下来描述装置150的部件。SLM101可以包括任何合适的空间光调制器，包括但不限于数字微镜装置(DMD)、液晶装置(LCD)、硅基液晶(LCOS)装置等。一般地，如上所描述，SLM101以减法方式空间上对光进行调制。与SLM101相反，可替代地被称为唯相位光调制器的PLM103根据相位对光进行调制。换句话说，PLM103的像素在公共方向上传送光，但是PLM103的像素可以被控制来改变从其传送的并且相对于相邻像素的相应光的相位。换句话说，由PLM103传送(和/或反射)的光的相位在PLM103上空间上变化。一类这样的唯相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n空间光调制器(SLM)；/n相位光调制器(PLM)，所述SLM和PLM布置成使得从所述PLM反射的光照射所述SLM；以及/n控制器，所述控制器能够访问图像数据，所述图像数据限定用于投影的图像，所述控制器配置成：/n使用下述来确定待在所述PLM的位于所述PLM和SLM之间的图像平面处形成的表示所述图像的目标-目的波：所述图像数据；和在所述图像平面处所述目标-目的波的空间变化相位的空间值的随机播种；/n基于下述来确定待在所述PLM处形成的目标-源波：在所述PLM和所述图像平面之间的自由空间传递函数；和所述目标-目的波；/n根据所述目标-源波确定用于控制所述PLM以形成所述图像的相位图；以及/n使用所述相位图控制所述PLM。/n

【技术特征摘要】
20191031 US 16/670,5811.一种装置，包括：
空间光调制器(SLM)；
相位光调制器(PLM)，所述SLM和PLM布置成使得从所述PLM反射的光照射所述SLM；以及
控制器，所述控制器能够访问图像数据，所述图像数据限定用于投影的图像，所述控制器配置成：
使用下述来确定待在所述PLM的位于所述PLM和SLM之间的图像平面处形成的表示所述图像的目标-目的波：所述图像数据；和在所述图像平面处所述目标-目的波的空间变化相位的空间值的随机播种；
基于下述来确定待在所述PLM处形成的目标-源波：在所述PLM和所述图像平面之间的自由空间传递函数；和所述目标-目的波；
根据所述目标-源波确定用于控制所述PLM以形成所述图像的相位图；以及
使用所述相位图控制所述PLM。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器还配置成：
确定真实-源波，所述真实-源波表示由所述PLM在被使用所述相位图控制时形成的实际源波，所述真实-源波使用所述相位图来确定；
确定由于所述真实-源波传播通过空间到达所述图像平面而在所述图像平面处形成的真实-目的波，所述真实-目的波基于：在所述PLM与所述图像平面之间的所述自由空间传递函数；和所述真实-源波；
确定所述真实-目的波的空间变化表示；
基于下述来确定用于控制所述SLM的SLM数据：所述图像数据；所述真实-目的波的空间变化表示；以及在所述图像平面与所述SLM之间的表示像素扩展的像素扩展函数；以及
使用所述SLM数据控制所述SLM。


3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述SLM数据还基于表示以下中一个或更多个的翘曲函数：空间图像变换；梯形失真；图像旋转；和放大。


4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器还配置成通过以下方式重复所述真实-目的波的确定达至少一次：
以下述方式再次确定所述目标-目的波：使用所述图像数据；以及利用根据先前确定的所述真实-目标波所确定的所述空间变化相位的空间值，而不是随机播种；以及
使用再次确定的所述目标-目的波，来再次确定所述目标-源波。


5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器还配置成迭代地重复确定所述真实-目的波，直到以下中的一个或更多个：发生预定次数的迭代；和误差函数小于阈值。


6.根据权利要求1所述的装置，还包括用于照射所述PLM的光源。


7.根据权利要求1所述的装置，在所述图像平面与所述SLM之间还包括中继光学器件，所述中继光学器件至少部分地贡献于所述图像平面与所述SLM之间的像素扩展函数，所述像素扩展函数用于确定用于控制所述SLM的SLM数据。


8.根据权利要求1所述的装置，在所述图像平面与所述SLM之间还包括中继光学器件，其中，所述图像平面与所述PLM之间的距离被选择成使得所述PLM的中心衍射级和至少一个另外的衍射级均位于以下中的一个或更多个内：所述中继光学器件的视场；和由所述PLM在所述中继光学器件处形成的所述图像的有效部分内。


9.根据权利要求1所述的装置，在所述图像平面与所述SLM之间还包括中继光学器件，
其中，所述自由空间传递函数基于所述PLM与所述图像平面之间的距离，
其中，所述图像平面与所述PLM之间的距离被选择成使得所述PLM的中心衍射级和至少一个另外的衍射级均位于以下中的一个或更多个内：所述中继光学器件的视场；和由所述PLM在所述中继光学器件处形成的所述图像的有效部分内，以及
其中，所述控制器还配置成调整所述自由空间传递函数以计及所述至少一个另外的衍射级。


10.一种方法，包括：
在装置处，使用下述来确定待在相位光调制器(PLM)的位于所述PLM和空间光调制器(SLM)之间的图像平面处形成的表示图像的目标-目的波：图像数据，所述图像数据限定用于投影的所述图像；以及在所述图像平面处所述目标-目的波的空间变化相位的空间值的随机播种；其中，所述SLM和所述PLM布置成使得从所述PLM反射的光照射所述SLM；
在所述装置处，基于下述来确定待在所述PLM处形成的目标-源波：所述PLM与所述图像平面之间的自由空间传递函数；和所述目标-目的波；
在所述装置处，根据所述目标-源波确定用于控制所述PLM以形成所述图像的相位图；以及
在所述装置处，使用所述相位图控制所述PLM。


11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·帕金斯，大卫·基尔斯，
申请(专利权)人：美国科视数字系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US