專利名稱：高動態范圍顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于顯示數字圖像的顯示器。
背景技術：
動態范圍是景物的最高亮度部分與景物的最低亮度部分的強度之比。例如，一個視頻投射系統投射的圖像可以具有300∶1的最大動態范圍。
人的視覺系統能夠識別具有極高動態范圍的景物的特征。例如，一個人可以在明亮日照的白天觀察無燈光的車庫的陰影，并且看見陰影中的物體的細節，即使相鄰的日照區域的亮度比景物的陰影部分的亮度大幾千倍。創造這種景物的逼真重現可能要求顯示器的動態范圍超過1000∶1。名詞“高動態范圍”是指800∶1或以上的動態范圍。
現代數字成像系統能夠捕捉和記錄景物的數字表示，其中保持了景物的動態范圍。計算機成像系統能夠合成具有高動態范圍的圖像。但是，目前的顯示技術不能以如實復制高動態范圍的方式重現圖像。
Blackham等人的美國專利號5,978,142公開了一種系統，用于投射圖像到顯示屏上。該系統具有第一和第二光調制器，都對來自光源的光進行調制。每個光調制器在像素的水平上調制來自光源的光。被這兩個光調制器調制的光投射到顯示屏上。
Gibbon等人的PCT申請號PCT/US01/21367公開了一種投射系統，包含一個預調制器。該預調制器控制入射到一個可變形反射鏡顯示裝置上的光的量。可以使用一個單獨的預調制器使選定區域(例如一個象限)變暗。
存在一種需要使得成本有效的顯示器能夠復制被顯示圖像中的寬范圍的光強度。
發明內容
本發明提供了用于顯示圖像的顯示器以及用于顯示圖像的方法。本發明的一個方面是提供一種顯示器，包括光源；第一空間光調制器，用于調制來自光源的光；顯示屏，包括第二空間光調制器；以及，一個光學系統，被配置用于使被第一空間光調制器調制的光成像到顯示屏的第一面上。
本發明的另一個方面是提供一種顯示器，包括光源；第一空間光調制器，用于調制來自光源的光，該第一空間光調制器包括一個可控制的像素陣列；以及，第二空間光調制器，用于調制被第一空間光調制器調制的光，該第二空間光調制器包括一個可控制的像素陣列；其中第一和第二空間光調制器的其中一個的每個像素對應第一和第二空間光調制器的另一個調制器的多個像素。
本發明的另一個方面是提供一種顯示裝置，包括第一空間調制裝置，用于提供以第一空間分辨率被空間調制的光；第二空間調制裝置，用于以不同于第一空間分辨率的第二空間分辨率對該光進行進一步空間調制；以及，用于控制第一和第二空間調制裝置以顯示由圖像數據定義的圖像的裝置。
本發明的又一個方面是提供用于顯示具有高動態范圍的圖像的一種方法。該方法包括產生光；在第一光調制步驟中根據圖像數據對該光進行空間調制；以及，使該空間調制的光成像到包括光調制器的一個顯示屏上。
以下描述了本發明的另一些方面以及本發明的特定實施例的特征。
在表示本發明的非限制性的實施例的附圖中，圖1是根據本發明的一個實施例的顯示器的示意圖；圖1A是圖1的顯示器的特定實施的示意圖；圖2是根據本發明的一個替換性實施例的包括四個空間光調制器的顯示器的示意圖；圖3是根據本發明的另一個實施例的背投射型顯示器的示意圖；圖4是根據本發明的又一個實施例的前投射型顯示器的示意圖；圖5是表示在根據本發明的一個顯示器中，較高分辨率的空間光調制器中的像素與較低分辨率的空間光調制器中的像素之間的一種可能的關系；圖5A表示提供一個光調制器其分辨率比另一個光調制器低的效果；圖6是具有一個替換性投射器構造的前投射型彩色顯示器的示意圖；圖6A和6B是圖6的彩色顯示器的前投射顯示屏的部分放大剖視圖；圖7是表示從一個較低分辨率的光調制器的像素被成像到一個較高分辨率的光調制器上的光如何能夠重疊以產生光強度關于位置的平滑變化的曲線圖；以及圖7A是表示一個光調制器的像素的圖像的光強度關于位置的變化如何能夠表示為一個方形曲線與一個擴展函數的卷積。
具體實施例方式
在以下描述中，提出了特定細節，以提供對本發明的更徹底的理解。但是，沒有這些細節也可以實施本發明。在其它例子中，沒有顯示或詳細描述熟知的元件，以避免不必要地使本發明難以理解。因此，說明書和附圖應視為示例性的，而非限制性的。
本發明提供了能夠重現高動態范圍的圖像的顯示器。根據本發明的顯示器包括兩個光調制級。光連續通過兩級，以提供具有增大的動態范圍的圖像。
圖1示意性地表示根據本發明的一個簡單實施例的顯示器10。圖1中元件的尺寸以及它們之間的距離未按比例繪制。顯示器10包括光源12。光源12可以例如包括一個投射燈例如白熾燈或弧光燈、激光，或另一個合適的光源。光源12可以包括一個光學系統，該光學系統包括一個或多個反射鏡、透鏡或其它光學元件，合作用于將光輸送到顯示器10的剩余部分。
在該示例的實施例中，來自光源12的光指向第一光調制器16。光源12較好地提供第一光調制器16的完全均勻的照明。光調制器16包括一個可單獨尋址的元件陣列。光調制器16可以包括例如LCD(液晶顯示器)或DMD(可變形反射鏡裝置)，分別是透射型光調制器的例子和反射型光調制器的例子。顯示器驅動電路(圖1中未顯示)根據定義被顯示圖像的數據控制光調制器16的元件。
被第一光調制器16調制的光通過合適的光學系統17成像到背投射顯示屏23上。來自第一光調制器16的小區域的光通過光學系統17指向背投射顯示屏23上的對應區域。在所示實施例中，光學系統17包括焦距為f的一個透鏡。通常，使被第一光調制器16調制的光成像到背投射顯示屏23上的光學系統17可以包括一個或多個反射鏡、透鏡或其它光學元件。這種光學系統具有使被第一光調制器調制的光成像到第二光調制器上的功能。
在所示實施例中，背投射顯示屏包括第二光調制器20和準直儀18。準直儀18的主要功能是使通過背投射顯示屏23的光優先指向觀察區域。準直儀18可以包括菲涅耳透鏡、全息透鏡，或者，一個或多個透鏡的另一種布置和/或使光導向觀察區域的其它光學元件。
在所示實施例中，準直儀18使光以通常垂直于顯示屏23的方向通過第二光調制器20的元件。當從準直儀18入射的光通過第二光調制器20時，被進一步調制。然后該光通到漫射器22，漫射器22使出射光在一個方向范圍內散射，使得位于漫射器22的與第一光調制器16對側的觀察者能夠看到從顯示屏23的整個區域發出的光。通常，漫射器22可以使光在水平和垂直平面被散射到不同的角度。應當選擇漫射器22使得被第二光調制器20調制的光在一個角度范圍內散射，使得當從所需觀察位置觀察時，最大散射角至少等于顯示屏23所張的角度。
背投射顯示屏23的面積可以與第一光調制器16不同。例如，背投射顯示屏23的面積可以比第一光調制器16大。在這種情況下，光學系統17使被第一光調制器16調制的光束擴展，以照明背投射顯示屏23上的更大的對應面積。
第二光調制器20可以與第一光調制器16的類型相同或者不同。在第一和第二光調制器16和20都是使光發生偏振的類型的情況下，第二光調制器20的定向在實際中應盡可能地使其偏振面與從第一光調制器16入射到其上的光的偏振面匹配。
顯示器10可以是一個彩色顯示器。這可以用不同的方式實現，包含●使第一光調制器16和第二光調制器20的其中一個為彩色光調制器；●提供并行作用于不同顏色的多個不同的第一光調制器16；以及●提供一個機構，用于快速引導不同的彩色濾光片進入第二光調制器20之前的光路。
作為以上第一方法的一個例子，第二光調制器20可以包括具有多個像素的LCD面板，每個像素包括許多彩色的子像素。例如，每個像素可以包括三個子像素，一個與紅色濾光片相連，一個與綠色濾光片相連，一個與藍色濾光片相連。濾光片可以與LCD面板集成。
如圖1A所示，光源12、第一光調制器16和光學系統17可以都是一個數字視頻投射器37的一部分，數字視頻投射器37用于使由來自控制器39的信號38A定義的圖像投射到背投射顯示屏23的背面。第二光調制器20的元件由來自控制器39的信號38B控制，以向觀察者提供具有高動態范圍的圖像。
如圖2所示，根據本發明的顯示器10A可以包括一個或多個附加的光調制級24。每個附加的光調制級24包括準直儀25、光調制器26和光學系統27，光學系統27使來自光調制器26的光聚焦到下一個附加的光調制級24上或準直儀18上。在圖2的裝置10A中，有兩個附加的光調制級24。根據本發明的該實施例的裝置可以具有一個或多個附加的光調制級24。
通過控制由光調制器16、20和26的對應元件通過的光的量，可以調節輸出漫射器22上任意點的亮度。該控制可以由相連的用于驅動每個光調制器16、20和26的一個合適的控制系統(圖2中未顯示)提供。
如上所述，光調制器16、20和26可以都是相同的類型或者可以是兩種或更多的不同類型。圖3表示根據本發明的一個替換性實施例的顯示器10B，包含第一光調制器16A，第一光調制器16A包括一個可變形的反射鏡裝置。可變形的反射鏡裝置是一種“二元”裝置，意思是每個像素可以是“開”或“關”。通過快速地使像素開或關，可以產生不同的表觀亮度水平。這種裝置在例如美國專利號4,441,791和4,954,789中被描述并且通常用于數字視頻投射器。光源12和第一光調制器16(或16A)可以是例如來自一個商業數字視頻投射器的光源和調制器。
圖4表示根據本發明的一個前投射型顯示器10C。顯示器10C包括顯示屏34。投射器37使圖像38投射到顯示屏34上。投射器37包括一個合適的光源12、第一光調制器16和光學系統17，適用于使由第一光調制器16定義的圖像投射到顯示屏34上。投射器37可以包括一個可以購買到的顯示投射器。顯示屏34并入第二光調制器36。第二光調制器36包括多個可尋址的元件，這些元件可以被單獨控制，以影響顯示屏34的對應區域的亮度。
光調制器36可以具有任意不同的構造。例如，光調制器36可以包括位于反射襯板前面的一個LCD元件陣列，每個LCD元件具有可控制的透射率。由投射器37投射的光通過每個LCD元件并且被反射襯板向回反射通過該LCD元件。顯示屏34上任意點的亮度由投射器37在該點接收的光的強度以及光調制器36(例如該點處的LCD元件)對透射的光的吸收程度決定。
光調制器36還可以包括一個具有可變的回反射特性的元件陣列。該元件可以是棱鏡元件。在例如Whitehead的美國專利號5,959,777，名稱為“無源高效可變反射率圖像顯示裝置”，以及Whitehead等人的美國專利號6,215,920，名稱為“高效可變反射率圖像顯示器中總的內反射的電泳、高反射率與相位轉換控制”中描述了這樣的元件。
光調制器36還可以包括一個電泳顯示元件陣列，如Albert等人的美國專利號6,172,798，名稱為“快門模式微膠囊的電泳顯示”；Comiskey等人的美國專利號6,120,839，名稱為“電滲透顯示器及其制造材料”；Jacobson的美國專利號6,120,588，名稱為“可電尋址的微膠囊的墨水及顯示器”；Jacobson等人的美國專利號6,323,989，名稱為“使用超微粒子的電泳顯示器”；Albert的美國專利號6,300,932，名稱為“具有發光粒子的電泳顯示器及其制造材料”或Comiskey等人的美國專利號6,327,072，名稱為“微單元電泳顯示器”中所述。
如圖6A和6B所示，顯示屏34較好地包括透鏡元件40，用于使光優先指向觀察者的眼睛。在所示實施例中，透鏡元件40包括一個菲涅耳透鏡，菲涅耳透鏡的焦點與從投射器37發出的光錐的頂點完全重合。透鏡元件40可以包括另一種透鏡例如全息透鏡。透鏡元件40并入散射中心45，散射中心45在從顯示屏34反射的光中提供所需程度的漫射。在所示實施例中，第二光調制器36包括具有很多像素42的反射LCD面板，該面板以反射層43為襯，并且安裝在襯板47上。
在光調制器36包括一個具有可變的回反射特性的元件陣列的情況下，該元件本身可以被設計為使回反射的光優先指向顯示屏34前面的觀察區域的方向。反射層43可以設計成使光散射，以增大散射中心45的作用或者代替散射中心45。
如圖4所示，控制器39提供數據定義圖像38到每個第一光調制器16和第二光調制器36。控制器39可以包括，例如，配備有合適的顯示適配器的計算機。控制器39可以包括圖像處理硬件，以加速圖像處理步驟。顯示屏34上任意點的亮度由對應該點的第一光調制器16和第二光調制器36中像素的組合作用決定。在一些點處有最小亮度，對于這些點，第一和第二光調制器的對應像素被設置到它們的“最暗”狀態。在一些點處有最大亮度，對于這些點，第一和第二光調制器的對應像素被設置到它們的“最亮”狀態。其它點具有中間的亮度值。最大亮度值可以是例如105cd/m2左右。最小亮度值可以是例如10-2cd/m2左右。
光調制器及其相連的控制電路的成本往往隨著該光調制器中可尋址元件的數量而增大。在本發明的一些實施例中，其中一個光調制器的空間分辨率比其它一個或多個光調制器高得多。當一個或多個光調制器為較低分辨率裝置時，根據本發明的這種實施例的顯示器的成本可以降低。在包括兩個或多個光調制器的彩色顯示器中，其中一個是彩色光調制器(多個單色光調制器的組合可以構成一個彩色光調制器，如例如圖6所示)，并且其中一個是較高分辨率的光調制器，該較高分辨率的光調制器也可以是彩色光調制器。在一些實施例中，較高分辨率的光調制器被成像到較低分辨率的光調制器上。在另一些實施例中，較低分辨率的光調制器被成像到較高分辨率的光調制器上。
圖5表示在如圖1所示的顯示器10中像素的一種可能的配置。第二光調制器20的九個像素42對應第一光調制器16的每個像素44。與第一光調制器16的每個像素44對應的第二光調制器20的像素42的數量可以根據設計選擇而改變。第一和第二光調制器16和20(或36)的其中較高分辨率的光調制器的像素44應當足夠小，以提供所需的總分辨率。通常增大的分辨率與增加的成本之間有一個折衷。在一個典型的顯示器中，較高分辨率的光調制器將提供一個像素陣列，該像素陣列在每個方向具有至少幾百個像素，并且更典型地在每個方向超過1000個像素。
第一和第二光調制器的其中較低分辨率的光調制器的像素42的尺寸決定了光調制器能夠可靠地從最大強度變到最小強度的范圍。假設，例如，圖5A表示一個人希望在一個最小亮度的大背景上顯示最大亮度的一個小點的圖像的情況。為了在點47上得到最大亮度，對應點47的每個第一和第二光調制器的像素應當被設置到它們的最大亮度值。在一個光調制器的像素的分辨率低于其它光調制器的像素的情況下，則較低分辨率的光調制器的一些像素將跨過點47的邊界。這就是例如圖5A中的情況。
點47的外面有兩個區域。在區域48中不可能使亮度設置到其最小值，因為在該區域中較低分辨率的光調制器被設置到其最高亮度值。在區域49中兩個光調制器都能被設置到其最低亮度值。如果，例如，每個第一和第二光調制器具有1到100單位的亮度范圍，則區域47可能具有100×100＝10,000單位的亮度，區域48將具有100×1＝100單位的亮度，區域49將具有1×1＝1單位的亮度。
一個光調制器的分辨率比另一個光調制器低的結果是，較低分辨率的光調制器的每個像素對應較高分辨率的光調制器的多于一個像素。對應較低分辨率的光調制器的任意一個像素以及較高分辨率的光調制器的不同像素的點不可能具有達到該裝置的動態范圍極限值的亮度值。這樣的點之間的最大亮度差由較高分辨率的光調制器的動態范圍決定。
顯示器無法使彼此間隔很近的點之間的亮度差達到該顯示器的全動態范圍通常不是一個問題。人眼具有足夠的固有散射以致在任何情況下無法察覺在極短距離上存在的大的亮度變化。
在根據本發明的包括較低分辨率的空間光調制器以及較高分辨率的空間光調制器的一個顯示器中，對于較低分辨率的空間光調制器的每個像素，控制器39可以決定一個值，并且調節控制較高分辨率的空間光調制器的信號，以減小由于較低分辨率的空間光調制器的每個像素與較高分辨率的空間光調制器的多個像素共通而產生的假象。這可以用很多方法中的任意一種解決。
例如，假設較低分辨率的空間光調制器的每個像素對應較高分辨率的空間光調制器的多個像素的情況。指定所需圖像的圖像數據被提供給控制器。該圖像數據表示對應較高分辨率的空間光調制器的每個像素的一個圖像區域的所需亮度。控制器可以設置較低分辨率的光調制器的像素，以提供所需圖像的近似。這可以通過例如，對于對應較低分辨率的光調制器的每個像素的圖像區域，決定所需亮度值的平均或加權平均來實現。
然后控制器可以設置較高分辨率的光調制器的像素，以使合成的圖像接近所需圖像。這可以通過例如，將所需亮度值除以從較低分辨率的光調制器入射到較高分辨率的光調制器的對應像素上的光的已知強度來實現。產生用于驅動光調制器的信號的處理可以由控制器39在空中執行，可以由控制器39或某個其它裝置更早地執行并且集成到圖像數據，或者一些處理可以更早地執行并且控制器39可以執行最終處理以產生控制信號。
如果低分辨率像素太大，則觀察者可能可以看出圖像中亮元件周圍的光環。低分辨率像素較好地足夠小使得暗背景上的亮塊或亮背景上的暗點的外觀不會無法接受地退化。目前考慮的實際是對于較低分辨率的光調制器的每個像素，提供較高分辨率的光調制器上的大約8到大約144，更好地大約9到36的范圍的像素。
每個像素42和44可以調節圖像上點的亮度的步幅大小不必相等。較低分辨率的光調制器的像素調節光強度的步幅可以比較高分辨率的光調制器的像素粗。例如，較低分辨率的光調制器對于每個像素可以允許在1到512單位的強度范圍以8步調節光強度，而較高分辨率的光調制器對于每個像素可以允許在類似范圍以512步調節光強度。雖然在圖5中像素42和44都表示為方形，但是這不是必要的。像素42和/或44可以是其它形狀，例如矩形、三角形、六邊形、圓形或橢圓形。
較低分辨率的光調制器的像素較好地發出一定程度上漫射的光，使得當光通過較低分辨率的光調制器的像素時，光強度適度光滑地變化。這是來自較低分辨率的光調制器的每個像素的光擴展到相鄰像素的情況，如圖7所示。如圖7A所示，較低分辨率的光調制器中一個像素的強度曲線通常可以通過高斯擴展函數與寬度d1等于像素實際寬度的矩形曲線的卷積來近似。擴展函數較好地在0.3×d2到3×d2的范圍內的半最大值處具有全寬度，其中d2為像素間中心間隔，以產生所需的平滑變化的光強度。典型地d1幾乎等于d2。
在圖5的實施例中，每個像素包括三個子像素43R、43G和43B(為清楚起見，圖5省略了一些像素42的子像素)。子像素43R、43G和43B是可獨立尋址的。它們分別與集成到第二光調制器20的紅色、綠色和藍色濾光片相連。包含多個彩色子像素并且適合用于本發明的LCD面板的各種構造是已知技術。
對于前投射型顯示器(例如圖4的顯示器10C)，典型地最實用的是，第一光調制器16包括一個提供顏色信息的高分辨率光調制器，并且光調制器36包括一個單色光調制器。光調制器36較好地具有適度小的可尋址元件，使其元件的邊界不形成一個視覺不清晰的圖案。例如，光調制器36可以具有與投射器37相同數量的可尋址元件(盡管每個該元件的尺寸將典型地比投射器37的光調制器16中的對應元件大得多)。
投射器37可以具有任意合適的構造。全部所需的就是投射器37能夠投射已經被空間調制的光，以提供圖像到顯示屏34。圖6表示根據本發明的另一個替換性實施例的顯示系統10D。系統10D包括顯示屏34，顯示屏34具有如上參考圖4所述的集成的光調制器36。系統10D包括投射器37A，投射器37A對于每個顏色具有單獨的光調制器16R、16G和16B。由每個光調制器16R、16G和16B調制的光被三個彩色濾光片47R、47G和47B的對應一個濾光片濾光。被調制的光通過光學系統17投射到顯示屏34上。單個光源12可以向所有三個光調制器16R、16G和16B提供光，或者單獨的光源(未顯示)可以被提供。
顯然，對于熟練的技術人員，按照前述公開，在實踐本發明時有可能進行許多更改及變型，而不偏離其精神或范圍。例如●漫射器22和準直儀18可以相互組合；
●漫射器22和準直儀18可以顛倒順序；●可以提供多個合作的元件以執行光漫射和/或準直；●顯示屏23中第二光調制器20、準直儀18和漫射器22的順序可以改變；●驅動第一光調制器16的信號38A可以包括驅動第二光調制器20的相同的數據，或者可以包括不同的數據。
因此，應當根據以下權利要求書定義的內容解釋本發明的范圍。
權利要求
1.一種顯示器，包括光源；第一空間光調制器，用于調制來自光源的光；顯示屏，包括第二空間光調制器；以及，一個光學系統，用于使被第一空間光調制器調制的光成像到顯示屏的第一面上。
2.權利要求1的顯示器，其中顯示屏包括一個漫射器。
3.權利要求2的顯示器，其中顯示屏包括一個準直儀，用于使從第一空間光調制器入射的光準直。
4.權利要求1的顯示器，其中該顯示器包括一個背投射型顯示器并且顯示屏用于使光透射到與顯示屏的第一面相反的一側的觀察者。
5.權利要求4的顯示器，其中顯示屏包括一個準直儀，用于使從第一空間光調制器入射的光準直。
6.權利要求5的顯示器，其中準直儀包括一個菲涅耳透鏡。
7.權利要求6的顯示器，其中漫射器包括分布在菲涅耳透鏡中的很多個散射中心。
8.權利要求5的顯示器，其中準直儀包括一個全息透鏡。
9.權利要求8的顯示器，其中漫射器包括分布在全息透鏡中的很多個散射中心。
10.權利要求4的顯示器，其中漫射器位于顯示屏的一個面上，該面與光從第一空間光調制器入射到的面相反。
11.權利要求4的顯示器，其中第二空間光調制器包括一個液晶顯示器元件陣列，每個液晶顯示器元件的透射率可由一個控制信號控制。
12.權利要求4的顯示器，其中每個第一和第二空間光調制器包括多個可控制的元件，并且對于第一和第二空間光調制器的其中一個的每個可控制的元件，第一和第二空間光調制器的另一個具有多于一個的對應的可控制的元件。
13.權利要求4的顯示器，其中每個第一和第二空間光調制器包括多個可控制的元件，并且第一空間光調制器的多個可控制的元件對應第二空間光調制器的每個可控制的元件。
14.權利要求13的顯示器，其中第一空間光調制器包括一個彩色空間光調制器。
15.權利要求13的顯示器，其中對于第一和第二空間光調制器的其中一個的每個可控制的元件，第一和第二空間光調制器的另一個具有多于八個的對應的可控制的元件。
16.權利要求15的顯示器，其中第一和第二空間光調制器的另一個的每個可控制的元件包括多個彩色子像素。
17.權利要求4的顯示器，其中每個第一和第二空間光調制器包括多個可控制的元件，并且對于第一和第二空間光調制器的其中一個的每個可控制的元件，第一和第二空間光調制器的另一個具有從八個到一百四十四個的范圍的對應的可控制的元件。
18.權利要求4的顯示器，其中第一空間光調制器的分辨率比第二空間光調制器高。
19.權利要求18的顯示器，其中光源和第一空間光調制器包括一個數字投射器的光源和第一空間光調制器，并且該數字投射器包括成像光學系統，使第一空間光調制器成像到第二空間光調制器上。
20.權利要求19的顯示器包括相連的一個控制器，用于輸送圖像數據到第一和第二空間光調制器。
21.權利要求1的顯示器在第一空間光調制器與第二空間光調制器之間包括一個或多個附加的光調制級。
22.權利要求21的顯示器，其中該一個或多個附加的光調制級每個都包括一個準直儀以及一個空間光調制器，被前一個空間光調制器調制的光被成像到該空間光調制器上。
23.權利要求22的顯示器，其中該一個或多個附加的光調制級每個都包括一個漫射器。
24.權利要求4的顯示器，其中顯示屏的面積比第一光調制器大。
25.權利要求1的顯示器，其中對于顯示屏上的一些點，每個第一和第二空間光調制器的對應的可控制的元件都被設置以提供最大照明，并且對于顯示屏上的另一些點，每個第一和第二空間光調制器的對應的可控制的元件都被設置以提供最小照明，這兩種點的亮度之比超過1000∶1。
26.權利要求1的顯示器，其中對于顯示屏上的一些點，每個第一和第二空間光調制器的對應的可控制的元件都被設置以提供最大照明，并且對于顯示屏上的另一些點，每個第一和第二空間光調制器的對應的可控制的元件都被設置以提供最小照明，這兩種點的亮度之比超過1500∶1。
27.權利要求1的顯示器，其中該顯示器包括一個前投射型顯示器并且顯示屏用于使光反射到觀察者。
28.權利要求27的顯示器，其中第二空間光調制器包括一個透射型空間光調制器。
29.權利要求27的顯示器，其中第二空間光調制器包括一個可變透射率液晶顯示元件陣列。
30.權利要求27的顯示器，其中第二空間光調制器包括一個回反射式顯示元件陣列。
31.權利要求27的顯示器，其中第二空間光調制器包括一個電泳顯示元件陣列。
32.權利要求27的顯示器，其中第二空間光調制器包括位于反射器前面的一個可變透射率元件陣列。
33.權利要求32的顯示器，其中反射器具有一個粗糙表面，并且反射器通過可變透射率元件既散射又反射入射到其上的光。
34.權利要求32的顯示器，其中可變透射率元件包括一個液晶顯示元件。
35.權利要求34的顯示器，其中反射器具有一個粗糙表面，并且反射器通過液晶顯示元件既散射又反射入射到其上的光。
36.權利要求27的顯示器，其中每個第一和第二空間光調制器包括多個可控制的元件，并且第一空間光調制器的多個可控制的元件對應第二空間光調制器的每個可控制的元件。
37.權利要求36的顯示器，其中第一空間光調制器包括一個彩色空間光調制器。
38.權利要求37的顯示器，其中第二空間光調制器包括一個單色空間光調制器。
39.權利要求36的顯示器，其中有第一空間光調制器的多于八個的可控制元件對應第二空間光調制器的每個可控制元件。
40.權利要求36的顯示器，其中有第一空間光調制器的在八個與一百四十四個之間的可控制元件對應第二空間光調制器的每個可控制元件。
41.權利要求40的顯示器，其中第一空間光調制器的每個可控制的元件包括多個彩色子像素。
42.權利要求26的顯示器，其中光源和第一空間光調制器包括一個數字投射器的光源和第一空間光調制器，并且該數字投射器包括成像光學系統，使第一空間光調制器成像到第二空間光調制器上。
43.權利要求42的顯示器包括相連的一個控制器，用于輸送圖像數據到第一和第二空間光調制器。
44.權利要求26的顯示器，其中顯示屏的面積比第一光調制器大。
45.權利要求1的顯示器，其中每個第一和第二空間光調制器包括多個可控制的元件，并且對于第一空間光調制器的每個可控制的元件，第二空間光調制器具有多于一個的對應的可控制的元件。
46.權利要求45的顯示器，其中在第二空間光調制器處，被第一空間光調制器的每個可控制的元件調制的光的分布包括一個矩形分布與一個擴展函數的卷積，其中擴展函數在0.3×d2到3×d2的范圍內的半最大值處具有全寬度，其中d2為被第一空間光調制器的相鄰可控制元件調制的光的分布在第二光調制器上的中心間隔。
47.權利要求45的顯示器，其中第一空間光調制器的每個可控制元件在第二空間光調制器上產生光的分布，并且由第一空間光調制器的相鄰的可控制元件在第二空間光調制器上產生的光的分布相互重疊。
48.權利要求45的顯示器包括一個相連的控制器，以驅動每個第一和第二空間光調制器，該控制器用于提供第一控制信號，以控制第一空間光調制器的可控制元件，以提供所需圖像的一個近似，以及提供第二控制信號，以控制第二空間光調制器的可控制元件，以校正該近似圖像。
49.權利要求48的顯示器，其中第一控制信號控制第一空間光調制器的每個可控制元件，以對于對應第一空間光調制器的可控制元件的圖像區域，貢獻多個所需亮度值的一個平均的、或加權平均的亮度。
50.權利要求49的顯示器，其中通過基于所需亮度值除以從第一空間光調制器入射到第二空間光調制器的可控制元件上的光的已知強度的一個量，第二控制信號控制第二空間光調制器的可控制元件，以調制入射到其上的光。
51.權利要求1的顯示裝置，其中每個第一和第二空間光調制器包括多個可控制元件，第一光調制器的可控制元件具有N個分立的可選的亮度水平，第二光調制器的可控制元件具有M個分立的可選的亮度水平并且N＞M。
52.權利要求1的顯示裝置，其中每個第一和第二空間光調制器包括多個可控制元件，第一光調制器的可控制元件具有N個分立的可選的亮度水平，第二光調制器的可控制元件具有M個分立的可選的亮度水平并且N＜M。
53.權利要求1的顯示器，其中第一空間光調制器包括一個可變形的反射鏡裝置。
54.權利要求53的顯示器，其中第二空間光調制器包括一個液晶顯示元件陣列。
55.一種顯示器，包括光源；第一空間光調制器，用于調制來自光源的光，該第一空間光調制器包括一個可控制的像素陣列；以及，第二空間光調制器，用于調制被第一空間光調制器調制的光，該第二空間光調制器包括一個可控制的像素陣列；其中第一和第二空間光調制器的其中一個調制器的每個像素對應第一和第二空間光調制器的另一個調制器的多個像素。
56.權利要求55的顯示裝置包括一個準直儀，用于在光被第二空間光調制器調制之前使被第一空間光調制器調制的光準直。
57.權利要求55的顯示裝置包括一個漫射器，用于使被第一和第二空間光調制器調制的光散射。
58.權利要求55的顯示器，其中第一空間光調制器包括一個彩色空間光調制器。
59.權利要求55的顯示裝置，其中光源和第一空間光調制器包括一個數字投射器的光源和第一空間光調制器，并且該數字投射器包括成像光學系統，使第一空間光調制器成像到第二空間光調制器上。
60.權利要求55的顯示裝置，其中有第一空間光調制器的在八個與一百四十四個之間的像素對應第二空間光調制器的每個像素。
61.權利要求55的顯示裝置，其中對于第一和第二空間光調制器的其中一個的每個像素，第一和第二空間光調制器的另一個具有從八個到一百四十四個之間的對應的像素。
62.權利要求55的顯示裝置，其中第一空間光調制器的每個像素對應第二空間光調制器的多個像素。
63.一種顯示裝置，包括第一空間調制裝置，用于提供以第一空間分辨率被空間調制的光；第二空間調制裝置，用于進一步以不同于第一空間分辨率的第二空間分辨率對該光進行空間調制；以及，用于控制第一和第二空間調制裝置顯示由圖像數據定義的圖像的裝置。
64.一種用于顯示具有高動態范圍的圖像的方法，該方法包括產生光，在第一光調制步驟中根據圖像數據對該光進行空間調制；以及，使該空間調制的光成像到包括光調制器的一個顯示屏上。
全文摘要
一種顯示器具有并入一個光調制器的顯示屏。該顯示屏可以是前投射顯示屏或背投射顯示屏。可以控制該光調制器的元件，以調節從顯示屏上的對應區域發出的光的強度。該顯示器可以提供高動態范圍。
文檔編號G03B21/56GK1524196SQ02805551
公開日2004年8月25日 申請日期2002年2月27日 優先權日2001年2月27日
發明者洛恩·懷特海德, 洛恩 懷特海德, 沃德, 格利格·沃德, 岡 斯圖爾茲令格, 沃爾夫岡·斯圖爾茲令格, 斯特澤恩, 海爾基·斯特澤恩 申請人:不列顛哥倫比亞大學