高光投影顯示器和相關方法

高光投影顯示器和相關方法
【專利摘要】投影顯示器包括高光投影儀和主投影儀。由高光投影儀投影的高光放大在由主投影儀投影的基礎圖像的高光區域中的亮度。描述了各種高光投影儀，包括可操縱光束、全息投影儀和空間光調制器。
【專利說明】高光投影顯示器和相關方法
[0001]對相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年4月19日提交的美國臨時專利申請N0.61/476，949的優先權，其全部內容通過引用而被合并于此。
【技術領域】
[0003]本發明涉及投影顯示器。示例實施例提供數字影院顯示器。其它實施例提供諸如電視機、計算機顯示器之類的顯示器，以及諸如廣告顯示器、虛擬實景顯示器、游戲顯示器、和醫學成像顯示器之類的特定目的的顯示器。
【背景技術】
[0004]存在對提供能夠再現逼真觀看的圖像的顯示器的興趣增加的趨勢。實現逼真的圖像的一方面是提供高峰值亮度和高動態范圍。一般的自然場景包括非常明亮的區域，例如空中的太陽和明亮地照射的物體的高光，以及暗淡的區域，例如在陰影中的物體。不可能在不能高峰值亮度的顯示器上實現一般場景的逼真圖像。
[0005]目前投影技術并不有效率地衡量高光。例如，在許多普通投影儀設計中，諸如氙氣燈之類的光源照射一個或多個空間光調制器。空間光調制器將一些光指向屏幕同時吸引或重定向其它的光。實現高光需要按比例增大光源的功率。光源的增加的功率消耗變成將光源的亮度增加到足夠在自然場景的典型級別處提供峰值亮度的級別的障礙。而且，除了其它問題以外，高光源可以引起使空間光調制器及投影儀中的其他組件過熱的問題。
[0006]舉例來說，目前數字影院投影儀可以具有耗費8千瓦電功率以照射產生48尼特(48cd/m2)的峰值亮度的大屏幕的光源。為了實現12，000尼特的峰值亮度(在日常生活中通常遇到的亮度)，光源的功率將需要被按比例增大到超過2兆瓦。顯而易見這在大多數情況下是不切實際的。
[0007]防止許多傳統投影顯示器的峰值亮度的顯著增加的又一問題是對比度不隨峰值亮度的增加而增加。在許多此類顯示器中，增加光源的強度以實現增加的峰值亮度也引起了黑電平。因此，試圖將峰值亮度增加超過閾值將導致令人無法接受的高的黑電平。
[0008]提供具有足夠高光的顯示器以呈現逼真的圖像的又一障礙是人類視覺系統對光的響應大約是對數。相比之下，功率需要與亮度大約成線性比例。假定光源的相同效率，力口倍圖像的亮度需要加倍功率。然而，加倍亮度并沒有導致由觀看者感覺是兩倍亮的圖像。加倍表觀亮度大約需要亮度的平方。
[0009]預期相關技術的上文示例和相關于其的限制是說明性的而非專有的。本領域的技術人員在讀到說明書并研究附圖時，相關技術的其它局限性將變得明顯。

【發明內容】

[0010]本發明具有一系列方面。本發明的實施例提供投影顯示器、用于操作投影顯示器的方法、雙重調制顯示器、包含當由數據處理器執行時使得數據處理器執行根據本發明的方法的計算機可讀指令的介質、用于顯示圖像的方法、以及用于處理用于顯示的圖像數據的方法等。
[0011]本發明的一個示例方面提供一種顯示器系統，包括:被布置為將由基礎圖像數據定義的圖像投影到屏幕上的主投影儀和被布置為將由高光的圖像數據定義的高光圖像與基礎圖像對準地投影到屏幕上。圖像處理器被配置為處理圖像數據以生成高光圖像數據。
[0012]在一些實施例中，高光投影儀包括掃描光束投影儀。掃描光束投影儀可以提供例如多個原色(例如，紅色、綠色、和藍色光束)的激光光束。可以一起或獨立地掃描光束以使得高光區域具有期望的表觀亮度和顏色。在其它實施例中，掃描光束投影儀提供白光的可掃描光束。
[0013]在一些實施例中，高光投影儀包括2D全息投影儀。
[0014]另一方面提供一種高光投影儀系統，包括被配置為處理圖像數據以輸出高光圖像的圖像處理器；和可操作以根據高光圖像與基礎圖像對準地投影光的光投影儀。
[0015]另一個示例方面提供一種顯示器，包括被布置為照射空間光調制器的空間調制的光的光源，其中空間調制的光的源包括2D全息光源。
[0016]另一個示例方面提供一種用于顯示由圖像數據定義的圖像的方法。該方法包括集中來自光源的光以輸出已被以基于圖像數據的方式空間調制的光；利用空間調制的光照射空間光調制器；以及控制空間光調制器以根據圖像數據顯示圖像。例如，集中光可以包括生成計算機生成的2D全息圖。在一些實施例中，光包括相干光，并且集中光包括在光學系統的傅里葉平面中調整光的相位。
[0017]另一個示例方面提供一種用于根據圖像數據顯示圖像的方法。該方法包括處理圖像數據以生成基礎圖像和包括高光像素的高光圖像；操作主投影儀以顯示基礎圖像；以及操作高光投影儀以顯示與基礎圖像疊加的高光圖像。
[0018]除了如上所述的示范性方面和實施例之外，參考附圖和下列詳細描述的研究，進一步方面和實施例將變得清晰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖示出了本發明的非限制性的示例實施例。
[0020]圖1是根據示例實施例的顯示器系統的示意性圖。
[0021]圖1A是根據另一個示例實施例的顯示器系統的示意性圖。
[0022]圖2A和2B是顯示根據分別地用于亮的圖像和暗的圖像的那些像素的亮度的圖像中的像素數目的示范性直方圖。
[0023]圖3是將高光投影儀與主投影儀組合的示例裝置的示意圖。
[0024]圖4是示出了根據示例實施例的顯示器系統的圖像數據處理組件的方框圖。
[0025]圖5是示出了根據示例實施例的包括光重定向投影儀的高光投影儀的示意性圖。在圖5示出的類型的高光投影儀可以被配置為將光投影到例如屏幕、主投影儀的組件或空間光調制器上。
[0026]圖6A是示出了被配置為將期望的高光圖像投影到被控制以或者重定向、轉出或者吸收高光區域外的圖像區域中的光的空間光調制器上的示例全息投影儀的示意性圖。
[0027]圖6B是示出了根據示例實施例的被配置為將高光圖像直接投影到主投影儀的空間光調制器上的全息投影儀的示意性圖。
[0028]圖7是示出了根據示例實施例的包括被布置為利用用于消除漏出光的傅里葉平面中的空間濾波器照射2D空間光調制器的光源的高光投影儀的示意性圖。
[0029]圖8是示出了根據示例實施例的包括照射空間光調制器的光源的高光投影儀的示意性圖。
[0030]圖9示出了根據另一個實施例的顯示器。具有在圖9中示意地示出的總體結構的顯示器可以被用作獨立顯示器(例如作為電視機、計算機監控器、專門目的顯示器等)或作為包括高光投影儀的顯示器系統的一部分。
【具體實施方式】
[0031]貫穿以下描述，闡述細節以便向本領域技術人員提供對本發明的更徹底的理解。但是，公知的元件可能不被示出或詳細描述以避免不必要地模糊本公開。因此，說明書和附圖應當被認為是說明性的，而不是限制的意義上的。
[0032]本發明的一些實施例提供包括主投影儀和高光投影儀的投影顯示器。主投影儀可以具有相對低的峰值亮度并且可以用來投影完整圖像。由主投影儀投影的圖像中的高光的亮度低于期望的亮度。高光投影儀可以投影集中的光以在高光的位置處提高光，由此顯著地提高高光的亮度。
[0033]圖1示出了根據第一示例實施例的投影系統10。投影系統10包括具有將圖像16投影到屏幕18上的透鏡14的主投影儀12。屏幕18可以是前投影屏幕或后投影屏幕。系統10還包括具有將圖像16A投影到屏幕18上的透鏡22的單獨高光投影儀20。疊加圖像16和16A以使得觀看者看見由圖像16和16A組合產生的圖像。
[0034]主投影儀12可以包括任何合適的圖像投影儀。例如，主投影儀12可以包括基于DLP的投影儀、使用一個或多個硅上液晶(LCOS)的空間光調制器的投影儀、包括透射式液晶顯示器(LCD)面板以調制光的投影儀、陰極射線管(CRT)投影儀等等。
[0035]高光投影儀20是可以將集中光傳遞到圖像16的區域內的至少一些區域的類型的，優選地沒有顯著地提高圖像16內的其他區域的亮度級。例如，高光投影儀20可以包括可以被引導以將進一步照射增加到圖像16的僅僅選擇的高光區域的一個或多個掃描光束。
[0036]高光投影儀20和主投影儀12被共同對準以使得高光投影儀20可以將附加光精確地傳遞到由主投影儀12投影的圖像16內的小的高光區域。在一些實施例中，高光投影儀20具有等于或大于主投影儀12的空間分辨率。在其它實施例中，投影儀20可以具有小于主投影儀12的空間分辨率。在其它實施例中，投影儀20可以具有小于主投影儀12的空間分辨率。
[0037]在一些實施例中，提供高光投影儀20和圖像處理器以用作諸如商業可用的數字影院投影儀之類的現有主投影儀的附加件。圖像處理器可以被配置以接收用于投影的圖像數據并且生成用于由高光投影儀顯示的高光圖像。在一些實施例中，圖像處理器可以修改圖像數據以便提供用于由現有主投影儀顯示的基礎圖像。在安裝時就可以校準高光投影儀以產生與由現有主投影儀產生的圖像對準的高光圖像。
[0038]有利地，在一般場景中，在圖像中僅僅相對非常小的比例的像素需要被顯示有大于標準投影儀12的峰值亮度的亮度以用于加強真實性。已經發現通過很有選擇地提供亮的高光可以實現加強的真實性。圖2A和2B是顯示根據分別地用于在具有高峰值亮度的顯示器上進行觀看的人著色師準備的亮的圖像和暗的圖像的那些像素的亮度的圖像中的像素數目的直方圖。在每個情況下，著色師調整圖像，以便獲得著色師認為是最優的外觀。 [0039]多少令人驚訝，在明亮圖像中的所有像素的平均亮度仍然相對很低。甚至在具有圖3A的直方圖的明亮圖像中，能夠看出僅僅相對非常小的比例的像素具有高亮度(例如亮度超過大約1，000或2，000尼特)。在高和很高的亮度處的少數很明亮的像素可以產生具有逼真得多的外觀的圖像而沒有顯著地影響觀察者的眼的光適應。這不同于許多或全部像素可以具有很高的亮度的自然中的真實場景。例如，晴日里冰川上的真實場景可以是如此明亮以致在沒有暗色太陽鏡下觀看持續的時間是不舒服的乃至有害的。著色師可以以一種方式準備此類場景，該方式在幾個關鍵區域提供高亮度的同時產生相對低的平均亮度以提供更逼真的觀看體驗。
[0040]一些實施例采用的事實是，如果利用比用于給觀看者呈現圖像的平均亮度高得多的峰值亮度呈現小的高光區域，則在保持逼真的觀看印像的同時可以以驚人低的平均亮度再現甚至很明亮的場景。一些實施例使用功率低得多而不能將圖像16的所有像素提高到最亮的高光級別但是能夠將高光的照射放大到期望的級別的高光投影儀。在此類實施例中，來自高光投影儀的光被集中到高光以提供在高光中期望的亮度。
[0041]存在多種方式以組合方式布置主投影儀和高光投影儀。例如，可以提供提供投影儀和用于選擇性地放大高光區域的亮度的高光投影儀的系統，其被布置為具有下列特征的任何組合:
[0042].主投影儀和高光投影儀可以使用相同的總體技術或不同的技術。
[0043].可以以獨立單元的形式或以組合單元的形式(例如，集成形狀因素)提供主投影儀和高光投影儀。在以組合單元的形式提供主投影儀和高光投影儀中，主投影儀和高光投影儀可以共享某些光學組件和/或某些光路。例如，主投影儀和高光投影儀可以共享投影透鏡、中繼光學器件、一個或多個空間光調制器等中的一個或多個。下面闡述共享的組件和光路的各種示例。
[0044].系統可以包括一個或多于一個共同地投影基礎圖像的主投影儀。例如，系統10可以包括共同地照射屏幕18以提供圖像16的多個主投影儀12。
[0045].系統可以包括可以一個或多于一個共同地投影高光圖像以放大高光區域的亮度的高光投影儀。例如，高光投影儀20可以包括可以被控制以將光共同地引導到圖像16的高光區域上的多個單元。
[0046].高光投影儀可以是單色的(例如可以投影白光)或多色的。
[0047]?高光投影儀可以可選地包括濾光(例如示例傅里葉平面中的空間濾波器)以抑制高光區域之外的照射。
[0048].高光投影儀可以可選地包括一個或多個空間光調制器。空間光調制器可以被控制以執行以下中的一個或多個:引導光以照射高光區域、糾正投影的高光圖像中的錯誤、抑制高光區域之外的照射、調整高光圖像以平滑融合到由主投影儀投影的基礎圖像中、以及將來自高光區域之外的光重定向到高光區域中。在高光投影儀包括一個或多個空間光調制器的實施例中，空間光調制器可以包括由主投影儀共享的空間光調制器和/或可以包括專用于高光投影儀的空間光調制器。
[0049]主投影儀和高光投影儀可以被布置用于前投影或后投影。不強制高光投影儀20和主投影儀12從同一側照射屏幕18。在屏幕18是半透明(例如其中屏幕18包括后投影型屏幕)的實施例中，高光投影儀20和主投影儀12可以從相對側照射屏幕18。
[0050]這些不同的方法和它們的排列與組合不是限制的而是意圖提供在本發明的范圍之內的一些實施例的示例。
[0051]有利地，如由觀看者觀看的組合圖像包括其中峰值亮度顯著地超過主投影儀12的峰值亮度的一些高光。例如，主投影儀可以具有500尼特或更小的峰值亮度，而高光區域可以具有2000尼特或更多的峰值亮度。例如，預期在暗的觀看環境(例如電影院)中使用的一些主投影儀可以提供大約15到50尼特的峰值亮度。一些此類投影儀被設計為成像到大區域的屏幕上。例如，預期在明亮的觀看環境中使用的一些主投影儀可以提供大約100到300尼特的峰值亮度。
[0052]由于由高光投影儀20照射的高光區域可以僅僅包括圖像16的區域的非常小的部分(例如，小于10%、5%、1%、乃至小于0.1%)，因此高光投影儀20可以能實現高光區域中的期望的高亮度而不需要不實際的功率輸入。
[0053]圖1A示出了根據其中高光投影儀包括產生窄的光束21的點光源20A和包括掃描鏡23A和23B的偏轉器23的示例實施例的投影儀系統。鏡子23A和23B被可轉動地安裝并且由致動器(未示出)操作以使得光束21可以被導向以在圖像16中的任何期望位置形成小點25。光束21的強度和顯示點25的位置可以由控制器24控制以實現在選擇的高光區域中增加的亮度。在一些實施例中，通過改變控制點25停留在高光區域上的時間量來至少部分地控制高光區域的亮度。在一些實施例中，通過當光束21正照射高光區域時控制光束21的強度和/或占空系數來至少部分地控制高光區域的亮度。
[0054]光束21可以例如包括激光束。在一些實施例中高光投影儀包括可以被組合以構成白色高光的三個不同顏色的激光束。例如高光投影儀可以包括紅色、綠色和藍色激光束。在此類實施例中，光束可以被由單個偏轉器組件(例如單組鏡子23A、23B)操縱以照射高光區域。在可替換實施例中，為多個光束21的每一個提供單獨的偏轉組件。
[0055]由于高光通常僅僅出現在圖像16的總區域的小比例中，因此激光器可以通過在那些區域停留較長時間來增加高光區域的感覺的亮度。激光器不需要照射高光區域之外的圖像16的任何部分。
[0056]在高光投影儀包括可操縱的光束的實施例中，使得光束操縱的控制器(例如控制器24)可以被配置為控制鏡子23A和23B (或諸如利用數字光偏轉器、光柵光閥等的機制之類的可替換光束操縱機構)以使得點25跟隨取決于要被照射的高光區域的位置的軌跡。光束操縱機制不必需以光柵或覆蓋圖像16的所有像素的其它模式掃描。通過以在避免高光區域之外的至少一些像素的同時將點25帶到高光區域的軌跡使點25操縱，控制器25可以使得點25在高光區域上停留足夠實現高光區域的期望的亮度的時間段。
[0057]主投影儀12和高光投影儀20可以可選地相互結合以使得兩個投影儀共享一些常見的光路。例如，高光投影儀20和主投影儀12的光學系統可以被布置為共享常見的投影透鏡14。圖3中示出此一個示例。圖3自然是示意性的。為了清晰已經省略了可以被呈現在光路中的光學組件，諸如中繼透鏡、鏡子、過濾器等。[0058]在圖3中示出的實施例中，主投影儀12包括可以發出光31以照射空間光調制器32的光源30。光源30可以包括均勻光源或可以根據圖像數據(例如基礎圖像)被在空間上調制的光源。由空間光調制器32調制的光由投影透鏡14引導到屏幕18上(圖3中未示出)以提供圖像16 (圖3中未示出)。
[0059]在此實施例中，高光投影儀包括可以被控制以發出由X-Y偏轉器36和光組合器37操縱以在空間光調制器32上產生明亮地照射的點38的窄的光束35的高強度窄光束光源
34。通過在利用X-Y掃描儀36掃描的同時控制光源34的強度和/或開啟或關閉光源34，利用來自光源34的光可以在空間光調制器32上照射多個不同的高光區域。如由空間光調制器32調制的此附加光也由透鏡14成像以增加圖像16之內的高光區域的亮度。
[0060]在可替換實施例中，光組合器37位于空間光調制器32和投影透鏡14之間以使得點38被直接投影到屏幕18上。在此可替換實施例中，主投影儀和高光投影儀的光路可以僅僅共同具有投影透鏡14。
[0061]圖4是示出了根據示例實施例的顯示器系統的圖像數據處理組件的方框圖。圖像處理系統40接收圖像數據42和處理圖像數據42以識別高光區域。處理可以包括，例如將像素亮度值與第一閾值相比較并且將具有超過第一閾值的亮度值的那些像素識別為屬于高光區域。在一些實施例中，高光區域可以被局限于包括具有超過第一閾值的亮度值的連接像素的預定區域的區域。如另一個示例，處理可以識別高光區域為由M個最高亮度的像素(其中M是數字)或在對于亮度的第N個百分位或以上的那些像素(其中N是諸如第90百分位或第95百分位或第98百分位或第99百分位或第99.9百分位之類的百分位)構成。處理可以包括應用多個此類標準(例如，高光區域可以被識別為高達亮度超過閾值的M個像素)。
[0062]在一些實施例中，處理包括:在包括在高光區域內的區域與峰值亮度之間進行權衡。此類處理可以包括直方圖分析。例如，對于其中處理根據第一標準識別相對大量的像素為屬于高光區域的圖像，處理可以在根據第一標準以在高光區域中可實現的減小的峰值亮度為代價保留高光區域或應用第二標準以減少包括在高光區域內的像素的數目之間進行選擇。此類處理可以包括直方圖分析。
[0063]在一些實施例中，參考適應點執行處理。適應點可以例如包括或被從圖像的對數平均亮度確定。在視頻圖像的情況下，適應點可以包括在一些上述圖像上的時間均值。在此類實施例中，處理以識別高光區域可以包括識別具有比適應點高至少閾值量的亮度的像素。
[0064]圖像處理系統40生成被遞送到高光投影儀20的高光圖像43。由高光投影儀20顯示高光圖像43以提供高光區域中增加的亮度。在高光區域外的像素在高光圖像43中可以具有非常小的值或零值。圖像處理系統40也傳遞用于由主投影儀12投影的基礎圖像44。
[0065]在一些實施例中，基礎圖像44與圖像數據42相同。在其它實施例中，處理基礎圖像44以提供在主要由高光投影儀20照射的高光區域與主要或全部由主投影儀12照射的圖像16的基礎區域之間的平滑轉變。例如，此處理可以包括從圖像數據42中提取高光組件以提供基礎圖像44。在一些實施例中，處理包括估算當被驅動以顯示高光圖像43時將由高光投影儀20傳遞給圖像像素的亮度和在生成基礎圖像44中補償估算的亮度。在一些實施例中，估算可以對高光投影儀20的光學系統的特征建模。在一些實施例中，估算可以估算由高光投影儀20傳遞到高光區域之外的像素的光。可以校準主投影儀12和高光投影儀20的顏色和亮度以促進此類平滑轉變。
[0066]高光圖像43可以采取多種形式。在一些實施例中，高光圖像43可以包括或被認為是二元圖像(“0N”的全部像素被設置到相同的級別)。此類實施例可以和用于選擇將高光區域選擇為由具有大大超過適應點的亮度的像素構成的高光區域的處理結合使用。此類實施例可以采取人類視覺系統類似地響應大大超過適應點的光的事實。例如，觀看者不能說出在其中某些高光像素具有10000尼特的亮度的圖像與其中相同的高光像素具有15000尼特的亮度的另一個圖像之間的許多或任何差異，只要高光像素具有大大超過兩個圖像中的適應點的亮度。一些此類實施例可以通過將來自高光投影儀的亮度平等地分布在高光像素之上和/或通過將高光像素的亮度修剪到設定級別來操作。
[0067]在其它實施例中，高光投影儀可以被控制以向不同的高光像素或區域提供不同的亮度。在其它實施例中，可以根據方法的組合控制高光投影儀。例如，高光處理器可以被控制以向圖像數據為其指定第一范圍中的亮度的高光像素提供不同的亮度并且以向圖像數據為其指定超過第一范圍的亮度的高光像素提供相同的亮度。可以固定或可以改變第一范圍。例如，可變的第一范圍可以基于目前適應點、基于被識別為處于高光區域中的像素的數目、基于被識別為處于高光區域中的像素的統計值(例如高光像素的最大值、平均值、平均數、等等)、基于這些的組合等等。
[0068]可以以各種方式分布圖像數據處理。例如，在一些實施例中，圖像處理系統40與高光投影儀集成以使得直接地向內部導出高光圖像43的高光投影儀提供圖像數據42。在一些替換實施例中，在上游執行處理以使得連同基礎圖像數據44 一起提供高光圖像數據
43。例如，高光圖像數據43可以被連同基礎圖像數據44 一起編碼在流、文件或其它數據結構這。在此類實施例中，投影儀系統可以被配置以提取高光圖像數據43并且利用基礎圖像數據43控制高光投影儀同時使得主投影儀根據基礎圖像數據44顯示圖像。
[0069]高光投影儀可以采取許多不同的形式。可以被用于高光投影儀的不同技術的一些示例包括:掃描點投影儀(此類投影儀的一些示例實施例如上所述)；全息投影儀(例如在光學系統的傅里葉平面中相位調整光并且從而將光集中以在圖像表面上形成圖像的投影儀)。
[0070]掃描投影儀的替換類型包括在屏幕上產生空間調制的光的條紋的ID光調制器和跨屏幕18掃描條紋的掃描器。通過非限制示例，ID調制器可以包括與偏振光束分離器和掃描鏡組合的ID偏振調制器。
[0071]在圖5中示出了另一個示例實施例。圖5用示意圖地顯示包括重定向光的投影儀的高光投影儀50。此類投影儀的一種一般類型包括通過應用基于衍射/相位的調制方法將一些區域中的光集中到其它區域之外的投影儀。此方法有時稱為“全息2D投影”。
[0072]在圖5示出的實施例中，高光投影儀包括相干光源51(在示出的實施例中，光源51包括激光器51A和光束擴展器51B)、位于投影儀的光路中的光學傅里葉平面的相位調制面板52、以及根據期望的高光圖像的逆傅里葉變換的實數分量空間地改變相位調制器52的相移效果的控制器54。控制器54可以被配置為確定與高光圖像對應的基于傅里葉的全息圖(有時稱計算機生成的全息圖)和根據計算機生成的全息圖在相位調制面板52上的不同的位置處設置相位。來自于光源51的光與根據由控制器54產生的基于傅里葉的全息圖控制的相位調制面板52的相互作用導致高光圖像的再創建。透鏡22將產生的圖像投影在屏幕18上(圖5未顯不)。
[0073]在一些實施例中，高光投影儀包括具有可變強度的光源的一個或多個全息投影儀。光源的強度可以被控制以提供對高光圖像的顯示的進一步的控制。
[0074]在一些實施例中，高光投影儀包括多個全息投影儀，每個投影不同的顏色的光。例如，一個全息投影儀可以包括紅光源51并且被控制以顯示高光圖像的紅色信道。此類投影儀可以被與包括綠色和藍色光源的全息投影儀組合使用并且各自地被控制以對高光圖像的綠色和藍色信道進行成像。
[0075]通過改變相位調制器生成圖像的類型的目前投影儀具有如下缺點，由于相位調制器的有限分辨率和/或因為期望的圖像逆傅里葉變換一般將兼備實部與虛部并且一般相位調制器僅僅執行逆傅里葉變換的一個部分，因此可能有顯著的漏光。在相位調制的光被成像以照射空間光調制器(諸如DMD陣列、LCOS調制器、LCD面板等等)的實施例中，在高光投影儀中可以部分地或實質上全部補償此類漏光。在此類實施例中，空間調制器可以被操作以通過減少高光區域之外的光量來清除投影的高光圖像。用于此目的的空間調制器可以相同或不同于用于主投影儀的空間調制器。
[0076]通過提供具有高的空間分辨率的相位調制器面板52可以減少漏光。在一些實施例中，相位調制器面板52具有超過高光圖像的空間分辨率。在一些實施例中，相位調制器面板52的可控制的元件的數目是高光圖像中的像素的數目的9倍或更大。
[0077]全息投影儀可以選擇性地被配置以將高光圖像投影在非平面的聚焦面上。控制器54可以被配置為生成用于引起聚焦在期望的非平面上的相位調制器的驅動信號。例如，全息攝影可以被配置以在彎曲屏幕或空間光調制器上產出聚焦的圖像。
[0078]在圖6A中示出的實施例中，全息投影儀72在被控制以或者重定向或者清除或吸引高光區域之外的圖像區域中的光的空間光調制器74上投影期望的高光圖像。來自空間光調制器74的光然后例如由投影透鏡22成像在屏幕18上。例如可以通過執行全息投影儀72的操作的模擬來控制空間光調制器以獲得由全息投影儀72產生的光的實際分布的估算。此估算然后與高光圖像相比較。比較可以包括，例如確定估算值與高光圖像的比率或差異。根據比較的結果可以控制空間光調制器74以補償事實上由全息投影儀72投影的光模式與期望的高光圖像之間的差異。例如可以利用編程的數據處理器、硬配置的邏輯電路和/或可配置的邏輯電路(例如現場可編程門陣列(FPGA))執行計算估算值。計算可以包括估算由全息投影儀72的相位調制器產生的相移的光場和計算估算的光場的傅里葉變換。
[0079]在一些實施例中，通過在傅里葉平面阻塞DC分量來減少高光區域之外的光的傳播。在圖6B顯示的示例實施例中，全息投影儀72將高光圖像直接地投影在主投影儀的空間光調制器76上。由光源73也照射空間光調制器76。
[0080]圖7用示意圖地顯示具有替換結構的投影儀60。投影儀60包括光源62 (其不需要是相干光源)。光源62照射諸如模擬DMD鏡陣列之類的2D空間光調制器64。空間光調制器64具有可以將光引向屏幕18上的不同位置的可控制的元件。在一些實施例中，由聚光透鏡66直接地在屏幕18上成像空間光調制器64以提供高光圖像。在一些實施例中，空間光調制器64照射另一個空間光調制器65。例如，空間光調制器65可以包括也由主投影儀使用的空間光調制器(圖7中未示出)。
[0081]在圖8中示出了根據進一步替換實施例的高光投影儀80。高光投影儀80包括照射空間光調制器83的光源82。在示例應用中，空間光調制器83被控制以使得高光區域之外的全部像素被設置以不使光穿過屏幕18。因為空間光調制器83不是完美的，由高光區域之外的像素通過了一些光。觀察者可以隨著黑電平的增加察覺到此漏光(例如黑色在整個圖像上采取灰色外觀)。高光投影儀80包括空間濾波器84，其在示出的實施例中包括提供于空間光調制器83和屏幕18之間的光路中的傅里葉平面的屏蔽物85。屏蔽物85阻塞DC空間頻率分量(即，影響顯示的圖像中的全部像素的信號的分量)從而降低黑電平同時仍然傳遞聞光。
[0082]其中用于主投影儀或全息投影儀的光源包括相干光源的系統可以包括被配置以減少在投影的圖像中的激光散斑的出現的一個或多個光學部件。可以應用任何適當的減少散斑的技術。例如，在本領域中已知用于減少激光散斑的許多技術。這些包括諸如提供以下的技術:在光路中的振動擴散器；使相干光源的相位隨機化、以及使相干光源的偏振隨機化。
[0083]如此處描述的高光投影儀可以被應用于3D投影系統以及2D投影系統。在其中觀察者戴偏振或光譜敏感的眼鏡以使得投影的光的不同分量導向觀察者的左右眼的實施例中，高光投影儀可以是可控制以發出用于由觀察者的左眼、右眼、或兩個眼觀看的光。在替換中，可以提供獨立的高光投影儀以投影用于用戶的左右眼的高光圖像。在一些實施例中，高光投影儀發出具有用于由觀看者的左右眼觀看的不同光譜成分的光。例如，如此處描述的投影系統可以被與例如在W02008/140787 ;W02011/002757 ;以及US7784938中描述的3D圖像投影系統結合使用；所有通過引用合并于此。
[0084]圖9顯示根據另一個實施例的顯示器100。顯示器100可以是例如電視機、計算機顯示器、廣告顯示器等等。可以利用或者不利用高光投影儀使用顯示器100。顯示器100包括由背光部件104照射的空間光調制器面板102。例如，空間光調制器面板102可以包括諸如LCD控制板的透射型的光調制面板。例如，背光部件104包括如此處描述的全息投影儀。全息投影儀包括相干光源106、和相位調整面板108。來自光源106的光由面板108相位調制并且引導在空間光調制器面板102上。
[0085]顯示器控制器109接收要被顯示的圖像、確定期望的背光光分布、并且控制全息投影儀以將期望的背光光分布投影在空間光調制器面板102上。期望的背光光分布可以緩慢變化(即，主要由低空間頻率構成)。可以選擇性地在傅里葉平面中提供屏蔽物107 (其可以是固定的或是可控制的)以衰減或消除與較高空間頻率對應的傅里葉分量。例如，控制器109可以通過低通空間濾波圖像數據、對圖像數據應用模糊濾波、和/或計算圖像數據中的局部組像素的局部平均或加權平均等等來確定期望的背光光分布。用于相位調制面板108的像素的驅動值可以通過計算期望的背光光分布的逆傅里葉變換確定。
[0086]在一些實施例中，控制器計算在空間光調制器面板102處的實際光分布的估算值。此估算值可以被用于設置空間光調制器面板102的像素以根據圖像數據提供圖像。例如，通過將估算的要入射到來自于背光104的像素上的光的強度與圖像數據為該像素指定的光的強度進行比較，并且設置空間光調制器面板的像素以將入射光的強度減少到由圖像數據指定的強度，來設置空間光調制器面板102的像素的值。例如，比較可以包括將圖像數據除以估算的入射光強度。
[0087]計算估算的入射光強度可以包括估算當由控制器建立的驅動信號驅動時光調制面板108將如何影響來自光源106的光并使用該信息以計算由信號施加于相位調整面板108引起的光場。在空間光調制器102處的光場然后可以通過計算光場的傅里葉變換來估
笪
ο
[0088]在一些實施例中，顯示器100包括彩色顯示器。在一些此類實施例中，空間光調制器面板102包括單色的空間光調制器。在此類實施例中，背光104可以包括三個或更多單色光源(例如紅色、綠色和藍色激光器)，每個可以被操作以照射相位調制面板108。通過時間復用不同顏色的圖像可以顯示圖像。例如，可以使用紅色光源106基于圖像數據的紅色信道顯示紅色圖像。可以接著使用綠色光源106基于圖像數據的綠色信道顯示綠色圖像并且使用藍色光源106基于圖像數據的藍色信道顯示藍色圖像。在將相位調制板108的像素設置到來自光源的相位調制的光中，控制器可以考慮來自于每個光源106的光的波長。在一些實施例中，背光104包括用于多個原色的每一個的獨立單元(例如全息投影儀)。
[0089]不是強制用于驅動高光投影儀的高光圖像數據在圖像的顯示期間實時由圖像數據得出。高光圖像數據可以被預先確定并且提供為圖像數據的一部分、或單獨地提供。在采用全息高光投影儀的實施例中，用于控制相位調制面板的圖像值可以被預先確定并且提供為圖像數據的一部分。
[0090]本發明的某些實施方式包括執行引起處理器執行本發明的方法的軟件指令的計算機信息處理器。例如，顯示器系統中的一個或多個處理器可以執行如此處描述的執行在處理器可訪問的程序存儲器中 的軟件指令(其可以是或包括固件指令)的圖像處理方法。也可以以程序產品的形式提供本發明。程序產品可以包括攜帶包括當由數據處理器執行時引起數據處理器執行本發明的方法的指令的一組非暫時的計算機可讀信號的任何媒介。根據本發明的程序產品可以以多種形式中的任何一個。例如，程序產品可以包括諸如包括軟磁盤、硬盤驅動器的磁數據存儲媒介、包括⑶ROM、DVD的光數據存儲媒介、包括ROM、PROM、EPROM、閃速RAM的電子數據存儲媒介之類的物理媒介，等等。可以選擇性地壓縮或加密程序產品上的計算機可讀信號。
[0091]當上面提到組件(例如軟件模塊、處理器、部件、設備、電路、等等)時，除非另有陳述，對組件的提及(包括對“方法”的提及)應該解釋為包括執行描述的組件的功能的任何組件的組件的相等物，(即，功能上是相等)，包括結構上不等于執行本發明示出的示范實施例的功能的公開的結構的組件。
[0092]雖然許多示范性方面和實施例已經在上面進行了討論，但是本領域技術人員將理解它們的某些修改、置換、相加和子組合。因此預期解釋下列附加權利要求書和此后引入的權利要求書被解釋為包括在它們的真正精神和范圍之內的所有這樣的修改、置換、相加和
子組合。
【權利要求】
1.一種顯不器系統，包括: 主投影儀，被布置以將由基礎圖像數據定義的圖像投影在屏幕上； 高光投影儀，被布置以將由高光圖像數據定義的高光圖像與基礎圖像對準地投影在屏眷上；以及 數據處理器，被配置為處理圖像數據以生成高光圖像數據。
2.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中高光投影儀的特征在于其峰值亮度超過主投影儀的峰值亮度至少3倍。
3.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中高光投影儀包括可操縱的光束。
4.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中高光投影儀包括全息投影儀。
5.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中圖像處理器被配置為通過識別圖像數據中的其亮度超過第一閾值的像素來處理圖像數據。
6.根據權利要求5所述的顯示器系統，其中圖像處理器被配置為生成高光圖像以使得高光圖像中的不多于預定數目的像素具有超過第二閾值的亮度值。
7.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中高光投影儀包括生成光束的光源、被布置以操縱光束的光束操縱設備、以及連接以控制光源和光束操縱設備以使得光束將照射傳遞到高光圖像中的一個或多個高光區域的控制器。
8.根據權利要求7所述的顯示器系統，其中光束操縱設備被布置以將光束操縱到二維空間光調制器中的位置上，并且光投影儀包括被布置以將空間光調制器成像在屏幕上的投影透鏡。
9.根據權利要求8所述的顯示器系統，其中光束包括白光束。
10.根據權利要求8所述的顯示器系統，其中光束包括激光束。
11.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中光投影儀包括光重定向投影儀。
12.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中主投影儀包括2D空間光調制器，并且高光投影儀被布置以將高光圖像投影在主投影儀的空間光調制器上。
13.根據權利要求12所述的顯示器系統，包括控制器，其被配置以: 估算空間光調制器上的光的分布，估算的光的分布包括來自高光投影儀的貢獻；以及 至少部分地基于圖像數據和估算的光的分布控制空間光調制器的可控制元件。
14.根據權利要求1所述的顯示器系統，其中高光投影儀包括控制器和在光路中的2D空間光調制器，并且控制器被配置為設置2D空間光調制器的像素以校正由高光投影儀投影的圖像以更準確地表示高光圖像。
15.一種高光投影儀系統，包括: 圖像處理器，被配置為處理圖像數據以輸出高光圖像； 光投影儀，可操作以根據高光圖像與基礎圖像對準地投影光。
16.根據權利要求15所述的高光投影儀系統，其中圖像處理器被配置為通過識別圖像數據中的其亮度超過第一閾值的像素來處理圖像數據。
17.根據權利要求16所述的高光投影儀系統，其中圖像處理器被配置為生成高光圖像以使得在高光圖像中不多于預定數目的像素具有超過第二閾值的亮度值。
18.根據權利要求17所述的高光投影儀系統，其中光投影儀包括生成光束的光源、被布置以操縱光束的光束操縱設備、以及連接以控制光源和光束操縱設備以使得光束將照射傳遞到高光圖像中的一個或多個高光區域的控制器。
19.根據權利要求18所述的高光投影儀系統，其中光束操縱設備被布置以將光束操縱到二維空間光調制器中的位置上，并且光投影儀包括被布置以將空間光調制器成像在屏幕上的投影透鏡。
20.根據權利要求19所述的高光投影儀系統，其中高光投影儀包括被配置為設置二維空間光調制器的像素以校正由高光投影儀投影的圖像以更準確地表示高光圖像的控制器。
21.根據權利要求15所述的高光投影儀系統，其中光投影儀包括光重定向投影儀。
22.根據權利要求21所述的高光投影儀系統，其中光重定向投影儀包括位于光投影儀中的傅里葉平面處的空間相位調制器。
23.一種顯不器,包括: 被布置以照射空間光調制器的空間調制光的光源，其中空間調制光的源包括2D全息光源。
24.根據權利要求23所述的顯不器,其中2D全息光源包括位于光源的光學系統中的傅里葉平面處的相位調制器。
25.根據權利要求24所述的顯示器，包括被配置以根據圖像數據控制相位調制器以使得光源利用根據圖像數據改變的強度照射空間光調制器的控制器。
26.根據權利要求24所述的顯示器，其中控制器被配置以至少部分地基于圖像數據的逆傅里葉變換來生成用于相位調制器的控制信號。
27.根據權利要求24所述的顯示器，其中控制器被配置以估算從光源入射在空間光調制器的像素上的光的強度，并且基于估算的光強度和圖像數據的比較來生成用于空間光調制器的控制值。
28.根據權利要求27所述的顯示器，其中空間光調制器包括透射式光調制面板。
29.根據權利要求28所述的顯示器，其中透射式光調制面板包括液晶顯示面板。
30.一種用于顯示由圖像數據定義的圖像的方法，該方法包括: 集中來自光源的光以輸出已經以基于圖像數據光的方式被空間調制的光； 利用空間調制的光照射空間光調制器；以及 控制空間光調制器以根據圖像數據顯示圖像。
31.根據權利要求30所述的方法，其中光源包括相干光的源，并且集中光包括在傅里葉平面處調整光的相位。
32.一種用于根據圖像數據顯示圖像的方法，該方法包括: 處理圖像數據以生成基礎圖像和包括高光像素的高光圖像； 操作主投影儀以顯示基礎圖像；以及 操作高光投影儀以顯示與基礎圖像疊加的高光圖像。
33.根據權利要求32所述的方法，其中基礎圖像與圖像數據相同。
【文檔編號】H04N9/31GK103477640SQ201280019001
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月11日 優先權日:2011年4月19日
【發明者】G·丹貝格, M·J·理查茲, C·陶德 申請人:杜比實驗室特許公司