專利名稱：高動(dòng)態(tài)范圍顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于顯示數(shù)字圖像的顯示器。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)范圍是景物的最高亮度部分與景物的最低亮度部分的強(qiáng)度之比。例如，一個(gè)視頻投射系統(tǒng)投射的圖像可以具有300∶1的最大動(dòng)態(tài)范圍。
人的視覺系統(tǒng)能夠識(shí)別具有極高動(dòng)態(tài)范圍的景物的特征。例如，一個(gè)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(xì)節(jié)，即使相鄰的日照區(qū)域的亮度比景物的陰影部分的亮度大幾千倍。創(chuàng)造這種景物的逼真重現(xiàn)可能要求顯示器的動(dòng)態(tài)范圍超過1000∶1。名詞“高動(dòng)態(tài)范圍”是指800∶1或以上的動(dòng)態(tài)范圍。
現(xiàn)代數(shù)字成像系統(tǒng)能夠捕捉和記錄景物的數(shù)字表示，其中保持了景物的動(dòng)態(tài)范圍。計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng)能夠合成具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像。但是，目前的顯示技術(shù)不能以如實(shí)復(fù)制高動(dòng)態(tài)范圍的方式重現(xiàn)圖像。
Blackham等人的美國專利號(hào)5,978,142公開了一種系統(tǒng)，用于投射圖像到顯示屏上。該系統(tǒng)具有第一和第二光調(diào)制器，都對(duì)來自光源的光進(jìn)行調(diào)制。每個(gè)光調(diào)制器在像素的水平上調(diào)制來自光源的光。被這兩個(gè)光調(diào)制器調(diào)制的光投射到顯示屏上。
Gibbon等人的PCT申請(qǐng)?zhí)朠CT/US01/21367公開了一種投射系統(tǒng)，包含一個(gè)預(yù)調(diào)制器。該預(yù)調(diào)制器控制入射到一個(gè)可變形反射鏡顯示裝置上的光的量?？梢允褂靡粋€(gè)單獨(dú)的預(yù)調(diào)制器使選定區(qū)域(例如一個(gè)象限)變暗。
存在一種需要使得成本有效的顯示器能夠復(fù)制被顯示圖像中的寬范圍的光強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明的一個(gè)方面是提供一種顯示器，包括光源；第一空間光調(diào)制器，用于調(diào)制來自光源的光；顯示屏，包括第二空間光調(diào)制器；以及，一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，被配置用于使被第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光成像到顯示屏的第一面上。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種顯示器，包括光源；第一空間光調(diào)制器，用于調(diào)制來自光源的光，該第一空間光調(diào)制器包括一個(gè)可控制的像素陣列；以及，第二空間光調(diào)制器，用于調(diào)制被第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光，該第二空間光調(diào)制器包括一個(gè)可控制的像素陣列；其中第一和第二空間光調(diào)制器的其中一個(gè)的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)第一和第二空間光調(diào)制器的另一個(gè)調(diào)制器的多個(gè)像素。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種顯示裝置，包括第一空間調(diào)制裝置，用于提供以第一空間分辨率被空間調(diào)制的光；第二空間調(diào)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(duì)該光進(jìn)行進(jìn)一步空間調(diào)制；以及，用于控制第一和第二空間調(diào)制裝置以顯示由圖像數(shù)據(jù)定義的圖像的裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供用于顯示具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像的一種方法。該方法包括產(chǎn)生光；在第一光調(diào)制步驟中根據(jù)圖像數(shù)據(jù)對(duì)該光進(jìn)行空間調(diào)制；以及，使該空間調(diào)制的光成像到包括光調(diào)制器的一個(gè)顯示屏上。
以下描述了本發(fā)明的另一些方面以及本發(fā)明的特定實(shí)施例的特征。


在表示本發(fā)明的非限制性的實(shí)施例的附圖中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的顯示器的示意圖；圖1A是圖1的顯示器的特定實(shí)施的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替換性實(shí)施例的包括四個(gè)空間光調(diào)制器的顯示器的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的背投射型顯示器的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的前投射型顯示器的示意圖；圖5是表示在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)顯示器中，較高分辨率的空間光調(diào)制器中的像素與較低分辨率的空間光調(diào)制器中的像素之間的一種可能的關(guān)系；圖5A表示提供一個(gè)光調(diào)制器其分辨率比另一個(gè)光調(diào)制器低的效果；圖6是具有一個(gè)替換性投射器構(gòu)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(gè)較低分辨率的光調(diào)制器的像素被成像到一個(gè)較高分辨率的光調(diào)制器上的光如何能夠重疊以產(chǎn)生光強(qiáng)度關(guān)于位置的平滑變化的曲線圖；以及圖7A是表示一個(gè)光調(diào)制器的像素的圖像的光強(qiáng)度關(guān)于位置的變化如何能夠表示為一個(gè)方形曲線與一個(gè)擴(kuò)展函數(shù)的卷積。
具體實(shí)施例方式
在以下描述中，提出了特定細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明的更徹底的理解。但是，沒有這些細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。在其它例子中，沒有顯示或詳細(xì)描述熟知的元件，以避免不必要地使本發(fā)明難以理解。因此，說明書和附圖應(yīng)視為示例性的，而非限制性的。
本發(fā)明提供了能夠重現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍的圖像的顯示器。根據(jù)本發(fā)明的顯示器包括兩個(gè)光調(diào)制級(jí)。光連續(xù)通過兩級(jí)，以提供具有增大的動(dòng)態(tài)范圍的圖像。
圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)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(gè)投射燈例如白熾燈或弧光燈、激光，或另一個(gè)合適的光源。光源12可以包括一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)反射鏡、透鏡或其它光學(xué)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(shí)施例中，來自光源12的光指向第一光調(diào)制器16。光源12較好地提供第一光調(diào)制器16的完全均勻的照明。光調(diào)制器16包括一個(gè)可單獨(dú)尋址的元件陣列。光調(diào)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(diào)制器的例子和反射型光調(diào)制器的例子。顯示器驅(qū)動(dòng)電路(圖1中未顯示)根據(jù)定義被顯示圖像的數(shù)據(jù)控制光調(diào)制器16的元件。
被第一光調(diào)制器16調(diào)制的光通過合適的光學(xué)系統(tǒng)17成像到背投射顯示屏23上。來自第一光調(diào)制器16的小區(qū)域的光通過光學(xué)系統(tǒng)17指向背投射顯示屏23上的對(duì)應(yīng)區(qū)域。在所示實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)17包括焦距為f的一個(gè)透鏡。通常，使被第一光調(diào)制器16調(diào)制的光成像到背投射顯示屏23上的光學(xué)系統(tǒng)17可以包括一個(gè)或多個(gè)反射鏡、透鏡或其它光學(xué)元件。這種光學(xué)系統(tǒng)具有使被第一光調(diào)制器調(diào)制的光成像到第二光調(diào)制器上的功能。
在所示實(shí)施例中，背投射顯示屏包括第二光調(diào)制器20和準(zhǔn)直儀18。準(zhǔn)直儀18的主要功能是使通過背投射顯示屏23的光優(yōu)先指向觀察區(qū)域。準(zhǔn)直儀18可以包括菲涅耳透鏡、全息透鏡，或者，一個(gè)或多個(gè)透鏡的另一種布置和/或使光導(dǎo)向觀察區(qū)域的其它光學(xué)元件。
在所示實(shí)施例中，準(zhǔn)直儀18使光以通常垂直于顯示屏23的方向通過第二光調(diào)制器20的元件。當(dāng)從準(zhǔn)直儀18入射的光通過第二光調(diào)制器20時(shí)，被進(jìn)一步調(diào)制。然后該光通到漫射器22，漫射器22使出射光在一個(gè)方向范圍內(nèi)散射，使得位于漫射器22的與第一光調(diào)制器16對(duì)側(cè)的觀察者能夠看到從顯示屏23的整個(gè)區(qū)域發(fā)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(yīng)當(dāng)選擇漫射器22使得被第二光調(diào)制器20調(diào)制的光在一個(gè)角度范圍內(nèi)散射，使得當(dāng)從所需觀察位置觀察時(shí)，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(diào)制器16不同。例如，背投射顯示屏23的面積可以比第一光調(diào)制器16大。在這種情況下，光學(xué)系統(tǒng)17使被第一光調(diào)制器16調(diào)制的光束擴(kuò)展，以照明背投射顯示屏23上的更大的對(duì)應(yīng)面積。
第二光調(diào)制器20可以與第一光調(diào)制器16的類型相同或者不同。在第一和第二光調(diào)制器16和20都是使光發(fā)生偏振的類型的情況下，第二光調(diào)制器20的定向在實(shí)際中應(yīng)盡可能地使其偏振面與從第一光調(diào)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(gè)彩色顯示器。這可以用不同的方式實(shí)現(xiàn)，包含●使第一光調(diào)制器16和第二光調(diào)制器20的其中一個(gè)為彩色光調(diào)制器；●提供并行作用于不同顏色的多個(gè)不同的第一光調(diào)制器16；以及●提供一個(gè)機(jī)構(gòu)，用于快速引導(dǎo)不同的彩色濾光片進(jìn)入第二光調(diào)制器20之前的光路。
作為以上第一方法的一個(gè)例子，第二光調(diào)制器20可以包括具有多個(gè)像素的LCD面板，每個(gè)像素包括許多彩色的子像素。例如，每個(gè)像素可以包括三個(gè)子像素，一個(gè)與紅色濾光片相連，一個(gè)與綠色濾光片相連，一個(gè)與藍(lán)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(diào)制器16和光學(xué)系統(tǒng)17可以都是一個(gè)數(shù)字視頻投射器37的一部分，數(shù)字視頻投射器37用于使由來自控制器39的信號(hào)38A定義的圖像投射到背投射顯示屏23的背面。第二光調(diào)制器20的元件由來自控制器39的信號(hào)38B控制，以向觀察者提供具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的顯示器10A可以包括一個(gè)或多個(gè)附加的光調(diào)制級(jí)24。每個(gè)附加的光調(diào)制級(jí)24包括準(zhǔn)直儀25、光調(diào)制器26和光學(xué)系統(tǒng)27，光學(xué)系統(tǒng)27使來自光調(diào)制器26的光聚焦到下一個(gè)附加的光調(diào)制級(jí)24上或準(zhǔn)直儀18上。在圖2的裝置10A中，有兩個(gè)附加的光調(diào)制級(jí)24。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的裝置可以具有一個(gè)或多個(gè)附加的光調(diào)制級(jí)24。
通過控制由光調(diào)制器16、20和26的對(duì)應(yīng)元件通過的光的量，可以調(diào)節(jié)輸出漫射器22上任意點(diǎn)的亮度。該控制可以由相連的用于驅(qū)動(dòng)每個(gè)光調(diào)制器16、20和26的一個(gè)合適的控制系統(tǒng)(圖2中未顯示)提供。
如上所述，光調(diào)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(jù)本發(fā)明的一個(gè)替換性實(shí)施例的顯示器10B，包含第一光調(diào)制器16A，第一光調(diào)制器16A包括一個(gè)可變形的反射鏡裝置?？勺冃蔚姆瓷溏R裝置是一種“二元”裝置，意思是每個(gè)像素可以是“開”或“關(guān)”。通過快速地使像素開或關(guān)，可以產(chǎn)生不同的表觀亮度水平。這種裝置在例如美國專利號(hào)4,441,791和4,954,789中被描述并且通常用于數(shù)字視頻投射器。光源12和第一光調(diào)制器16(或16A)可以是例如來自一個(gè)商業(yè)數(shù)字視頻投射器的光源和調(diào)制器。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)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(gè)合適的光源12、第一光調(diào)制器16和光學(xué)系統(tǒng)17，適用于使由第一光調(diào)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(gè)可以購買到的顯示投射器。顯示屏34并入第二光調(diào)制器36。第二光調(diào)制器36包括多個(gè)可尋址的元件，這些元件可以被單獨(dú)控制，以影響顯示屏34的對(duì)應(yīng)區(qū)域的亮度。
光調(diào)制器36可以具有任意不同的構(gòu)造。例如，光調(diào)制器36可以包括位于反射襯板前面的一個(gè)LCD元件陣列，每個(gè)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(gè)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(diǎn)的亮度由投射器37在該點(diǎn)接收的光的強(qiáng)度以及光調(diào)制器36(例如該點(diǎn)處的LCD元件)對(duì)透射的光的吸收程度決定。
光調(diào)制器36還可以包括一個(gè)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(hào)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(hào)6,215,920，名稱為“高效可變反射率圖像顯示器中總的內(nèi)反射的電泳、高反射率與相位轉(zhuǎn)換控制”中描述了這樣的元件。
光調(diào)制器36還可以包括一個(gè)電泳顯示元件陣列，如Albert等人的美國專利號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)6,300,932，名稱為“具有發(fā)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(hào)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(yōu)先指向觀察者的眼睛。在所示實(shí)施例中，透鏡元件40包括一個(gè)菲涅耳透鏡，菲涅耳透鏡的焦點(diǎn)與從投射器37發(fā)出的光錐的頂點(diǎn)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(shí)施例中，第二光調(diào)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(diào)制器36包括一個(gè)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(shè)計(jì)為使回反射的光優(yōu)先指向顯示屏34前面的觀察區(qū)域的方向。反射層43可以設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)定義圖像38到每個(gè)第一光調(diào)制器16和第二光調(diào)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(jì)算機(jī)?？刂破?9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(diǎn)的亮度由對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的第一光調(diào)制器16和第二光調(diào)制器36中像素的組合作用決定。在一些點(diǎn)處有最小亮度，對(duì)于這些點(diǎn)，第一和第二光調(diào)制器的對(duì)應(yīng)像素被設(shè)置到它們的“最暗”狀態(tài)。在一些點(diǎn)處有最大亮度，對(duì)于這些點(diǎn)，第一和第二光調(diào)制器的對(duì)應(yīng)像素被設(shè)置到它們的“最亮”狀態(tài)。其它點(diǎn)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(diào)制器及其相連的控制電路的成本往往隨著該光調(diào)制器中可尋址元件的數(shù)量而增大。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，其中一個(gè)光調(diào)制器的空間分辨率比其它一個(gè)或多個(gè)光調(diào)制器高得多。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)光調(diào)制器為較低分辨率裝置時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的這種實(shí)施例的顯示器的成本可以降低。在包括兩個(gè)或多個(gè)光調(diào)制器的彩色顯示器中，其中一個(gè)是彩色光調(diào)制器(多個(gè)單色光調(diào)制器的組合可以構(gòu)成一個(gè)彩色光調(diào)制器，如例如圖6所示)，并且其中一個(gè)是較高分辨率的光調(diào)制器，該較高分辨率的光調(diào)制器也可以是彩色光調(diào)制器。在一些實(shí)施例中，較高分辨率的光調(diào)制器被成像到較低分辨率的光調(diào)制器上。在另一些實(shí)施例中，較低分辨率的光調(diào)制器被成像到較高分辨率的光調(diào)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(diào)制器20的九個(gè)像素42對(duì)應(yīng)第一光調(diào)制器16的每個(gè)像素44。與第一光調(diào)制器16的每個(gè)像素44對(duì)應(yīng)的第二光調(diào)制器20的像素42的數(shù)量可以根據(jù)設(shè)計(jì)選擇而改變。第一和第二光調(diào)制器16和20(或36)的其中較高分辨率的光調(diào)制器的像素44應(yīng)當(dāng)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(gè)折衷。在一個(gè)典型的顯示器中，較高分辨率的光調(diào)制器將提供一個(gè)像素陣列，該像素陣列在每個(gè)方向具有至少幾百個(gè)像素，并且更典型地在每個(gè)方向超過1000個(gè)像素。
第一和第二光調(diào)制器的其中較低分辨率的光調(diào)制器的像素42的尺寸決定了光調(diào)制器能夠可靠地從最大強(qiáng)度變到最小強(qiáng)度的范圍。假設(shè)，例如，圖5A表示一個(gè)人希望在一個(gè)最小亮度的大背景上顯示最大亮度的一個(gè)小點(diǎn)的圖像的情況。為了在點(diǎn)47上得到最大亮度，對(duì)應(yīng)點(diǎn)47的每個(gè)第一和第二光調(diào)制器的像素應(yīng)當(dāng)被設(shè)置到它們的最大亮度值。在一個(gè)光調(diào)制器的像素的分辨率低于其它光調(diào)制器的像素的情況下，則較低分辨率的光調(diào)制器的一些像素將跨過點(diǎn)47的邊界。這就是例如圖5A中的情況。
點(diǎn)47的外面有兩個(gè)區(qū)域。在區(qū)域48中不可能使亮度設(shè)置到其最小值，因?yàn)樵谠搮^(qū)域中較低分辨率的光調(diào)制器被設(shè)置到其最高亮度值。在區(qū)域49中兩個(gè)光調(diào)制器都能被設(shè)置到其最低亮度值。如果，例如，每個(gè)第一和第二光調(diào)制器具有1到100單位的亮度范圍，則區(qū)域47可能具有100×100＝10,000單位的亮度，區(qū)域48將具有100×1＝100單位的亮度，區(qū)域49將具有1×1＝1單位的亮度。
一個(gè)光調(diào)制器的分辨率比另一個(gè)光調(diào)制器低的結(jié)果是，較低分辨率的光調(diào)制器的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)較高分辨率的光調(diào)制器的多于一個(gè)像素。對(duì)應(yīng)較低分辨率的光調(diào)制器的任意一個(gè)像素以及較高分辨率的光調(diào)制器的不同像素的點(diǎn)不可能具有達(dá)到該裝置的動(dòng)態(tài)范圍極限值的亮度值。這樣的點(diǎn)之間的最大亮度差由較高分辨率的光調(diào)制器的動(dòng)態(tài)范圍決定。
顯示器無法使彼此間隔很近的點(diǎn)之間的亮度差達(dá)到該顯示器的全動(dòng)態(tài)范圍通常不是一個(gè)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(jù)本發(fā)明的包括較低分辨率的空間光調(diào)制器以及較高分辨率的空間光調(diào)制器的一個(gè)顯示器中，對(duì)于較低分辨率的空間光調(diào)制器的每個(gè)像素，控制器39可以決定一個(gè)值，并且調(diào)節(jié)控制較高分辨率的空間光調(diào)制器的信號(hào)，以減小由于較低分辨率的空間光調(diào)制器的每個(gè)像素與較高分辨率的空間光調(diào)制器的多個(gè)像素共通而產(chǎn)生的假象。這可以用很多方法中的任意一種解決。
例如，假設(shè)較低分辨率的空間光調(diào)制器的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)較高分辨率的空間光調(diào)制器的多個(gè)像素的情況。指定所需圖像的圖像數(shù)據(jù)被提供給控制器。該圖像數(shù)據(jù)表示對(duì)應(yīng)較高分辨率的空間光調(diào)制器的每個(gè)像素的一個(gè)圖像區(qū)域的所需亮度。控制器可以設(shè)置較低分辨率的光調(diào)制器的像素，以提供所需圖像的近似。這可以通過例如，對(duì)于對(duì)應(yīng)較低分辨率的光調(diào)制器的每個(gè)像素的圖像區(qū)域，決定所需亮度值的平均或加權(quán)平均來實(shí)現(xiàn)。
然后控制器可以設(shè)置較高分辨率的光調(diào)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(diào)制器入射到較高分辨率的光調(diào)制器的對(duì)應(yīng)像素上的光的已知強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器的信號(hào)的處理可以由控制器39在空中執(zhí)行，可以由控制器39或某個(gè)其它裝置更早地執(zhí)行并且集成到圖像數(shù)據(jù)，或者一些處理可以更早地執(zhí)行并且控制器39可以執(zhí)行最終處理以產(chǎn)生控制信號(hào)。
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(huán)。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(diǎn)的外觀不會(huì)無法接受地退化。目前考慮的實(shí)際是對(duì)于較低分辨率的光調(diào)制器的每個(gè)像素，提供較高分辨率的光調(diào)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(gè)像素42和44可以調(diào)節(jié)圖像上點(diǎn)的亮度的步幅大小不必相等。較低分辨率的光調(diào)制器的像素調(diào)節(jié)光強(qiáng)度的步幅可以比較高分辨率的光調(diào)制器的像素粗。例如，較低分辨率的光調(diào)制器對(duì)于每個(gè)像素可以允許在1到512單位的強(qiáng)度范圍以8步調(diào)節(jié)光強(qiáng)度，而較高分辨率的光調(diào)制器對(duì)于每個(gè)像素可以允許在類似范圍以512步調(diào)節(jié)光強(qiáng)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(diào)制器的像素較好地發(fā)出一定程度上漫射的光，使得當(dāng)光通過較低分辨率的光調(diào)制器的像素時(shí)，光強(qiáng)度適度光滑地變化。這是來自較低分辨率的光調(diào)制器的每個(gè)像素的光擴(kuò)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(diào)制器中一個(gè)像素的強(qiáng)度曲線通?？梢酝ㄟ^高斯擴(kuò)展函數(shù)與寬度d1等于像素實(shí)際寬度的矩形曲線的卷積來近似。擴(kuò)展函數(shù)較好地在0.3×d2到3×d2的范圍內(nèi)的半最大值處具有全寬度，其中d2為像素間中心間隔，以產(chǎn)生所需的平滑變化的光強(qiáng)度。典型地d1幾乎等于d2。
在圖5的實(shí)施例中，每個(gè)像素包括三個(gè)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(dú)立尋址的。它們分別與集成到第二光調(diào)制器20的紅色、綠色和藍(lán)色濾光片相連。包含多個(gè)彩色子像素并且適合用于本發(fā)明的LCD面板的各種構(gòu)造是已知技術(shù)。
對(duì)于前投射型顯示器(例如圖4的顯示器10C)，典型地最實(shí)用的是，第一光調(diào)制器16包括一個(gè)提供顏色信息的高分辨率光調(diào)制器，并且光調(diào)制器36包括一個(gè)單色光調(diào)制器。光調(diào)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(gè)視覺不清晰的圖案。例如，光調(diào)制器36可以具有與投射器37相同數(shù)量的可尋址元件(盡管每個(gè)該元件的尺寸將典型地比投射器37的光調(diào)制器16中的對(duì)應(yīng)元件大得多)。
投射器37可以具有任意合適的構(gòu)造。全部所需的就是投射器37能夠投射已經(jīng)被空間調(diào)制的光，以提供圖像到顯示屏34。圖6表示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)替換性實(shí)施例的顯示系統(tǒng)10D。系統(tǒng)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(diào)制器36。系統(tǒng)10D包括投射器37A，投射器37A對(duì)于每個(gè)顏色具有單獨(dú)的光調(diào)制器16R、16G和16B。由每個(gè)光調(diào)制器16R、16G和16B調(diào)制的光被三個(gè)彩色濾光片47R、47G和47B的對(duì)應(yīng)一個(gè)濾光片濾光。被調(diào)制的光通過光學(xué)系統(tǒng)17投射到顯示屏34上。單個(gè)光源12可以向所有三個(gè)光調(diào)制器16R、16G和16B提供光，或者單獨(dú)的光源(未顯示)可以被提供。
顯然，對(duì)于熟練的技術(shù)人員，按照前述公開，在實(shí)踐本發(fā)明時(shí)有可能進(jìn)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(zhǔn)直儀18可以相互組合；●漫射器22和準(zhǔn)直儀18可以顛倒順序；●可以提供多個(gè)合作的元件以執(zhí)行光漫射和/或準(zhǔn)直；●顯示屏23中第二光調(diào)制器20、準(zhǔn)直儀18和漫射器22的順序可以改變；●驅(qū)動(dòng)第一光調(diào)制器16的信號(hào)38A可以包括驅(qū)動(dòng)第二光調(diào)制器20的相同的數(shù)據(jù)，或者可以包括不同的數(shù)據(jù)。
因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)以下權(quán)利要求書定義的內(nèi)容解釋本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種顯示器，包括光源；第一空間光調(diào)制器，被定位以便調(diào)制來自光源的光，該第一空間光調(diào)制器包括可控制的像素陣列；和第二空間光調(diào)制器，被定位以便調(diào)制被第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光，該第二空間光調(diào)制器包括可控制的像素陣列；其中第一和第二空間光調(diào)制器中一個(gè)調(diào)制器的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于第一和第二空間光調(diào)制器中另一個(gè)調(diào)制器的多個(gè)像素。
2.按照權(quán)利要求1的顯示器，包括準(zhǔn)直儀，被定位以便在光被第二空間光調(diào)制器調(diào)制之前，準(zhǔn)直被第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光。
3.按照權(quán)利要求1的顯示器，包括漫射器，被定位以便散射被第一和第二空間光調(diào)制器調(diào)制的光。
4.按照權(quán)利要求1的顯示器，其中第一空間光調(diào)制器包括彩色空間光調(diào)制器。
5.按照權(quán)利要求1的顯示器，其中光源和第一空間光調(diào)制器包括數(shù)字投射器的光源和第一空間光調(diào)制器，并且該數(shù)字投射器包括成像光學(xué)系統(tǒng)，它成像第一空間光調(diào)制器到第二空間光調(diào)制器上。
6.按照權(quán)利要求1的顯示器，其中對(duì)于第一空間光調(diào)制器的每個(gè)像素，第二空間光調(diào)制器有八個(gè)至一百四十四個(gè)之間的對(duì)應(yīng)像素。
7.按照權(quán)利要求1的顯示器，其中對(duì)于第二空間光調(diào)制器的每個(gè)像素，第一空間光調(diào)制器有八個(gè)至一百四十四個(gè)之間的對(duì)應(yīng)像素。
8.按照權(quán)利要求1的顯示器，其中該顯示器包括后投射型顯示器，該后投射型顯示器包括顯示屏，該顯示屏配置成發(fā)射光到與光源相對(duì)著的顯示屏一側(cè)的觀察者。
9.按照權(quán)利要求8的顯示器，其中對(duì)于顯示屏上的一些點(diǎn)，第一和第二空間光調(diào)制器中每個(gè)調(diào)制器的對(duì)應(yīng)可控制像素都設(shè)置成提供最大的照明，而對(duì)于顯示屏上另一些點(diǎn)，第一和第二空間光調(diào)制器中每個(gè)調(diào)制器的對(duì)應(yīng)可控制像素都設(shè)置成提供最小的照明，該一些點(diǎn)的亮度和該另一些點(diǎn)的亮度之比超過1000∶1。
10.按照權(quán)利要求1的顯示器，包括在第一空間光調(diào)制器與第二空間光調(diào)制器之間的一級(jí)或多級(jí)附加的光調(diào)制器。
11.按照權(quán)利要求10的顯示器，其中該一級(jí)或多級(jí)附加光調(diào)制器中的每一級(jí)調(diào)制器包括準(zhǔn)直儀和空間光調(diào)制器，被前級(jí)空間光調(diào)制器調(diào)制的光成像到該空間光調(diào)制器上。
12.按照權(quán)利要求11的顯示器，其中該一級(jí)或多級(jí)附加光調(diào)制器中的每一級(jí)調(diào)制器包括一個(gè)漫射器。
13.按照權(quán)利要求1的顯示器，其中該顯示器包括前投射型顯示器，該前投射型顯示器包括配置成反射光到觀察者的顯示屏。
14.按照權(quán)利要求1的顯示器，包括光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)配置成把被第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光成像到第二空間光調(diào)制器。
15.一種顯示裝置，包括第一空間調(diào)制裝置，用于提供以第一空間分辨率空間調(diào)制的光；第二空間調(diào)制裝置，用于以不同于第一空間分辨率的第二空間分辨率再對(duì)該光進(jìn)行空間調(diào)制；和控制第一和第二空間光調(diào)制器的裝置，用于顯示由圖像數(shù)據(jù)所確定的圖像。
16.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，包括準(zhǔn)直裝置，被定位以便在光被第二空間調(diào)制裝置調(diào)制之前，準(zhǔn)直被第一空間調(diào)制裝置調(diào)制的該光。
17.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，包括漫射裝置，被定位以便散射被第一和第二空間調(diào)制裝置調(diào)制的光。
18.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中第一空間調(diào)制裝置包括彩色空間光調(diào)制裝置。
19.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，包括光學(xué)裝置，用于成像被第一空間調(diào)制裝置調(diào)制的光到第二空間調(diào)制裝置上。
20.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中第一空間分辨率是第二空間分辨率的八倍與一百四十四倍之間。
21.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中第二空間分辨率是第一空間分辨率的八倍與一百四十四倍之間。
22.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中該顯示裝置包括后投射型顯示器，該后投射型顯示器包括配置成發(fā)射光到與第一空間調(diào)制裝置相對(duì)著的顯示屏一側(cè)的觀察者。
23.按照權(quán)利要求22的顯示裝置，其中對(duì)于顯示屏上的一些點(diǎn)，第一和第二空間調(diào)制裝置中每個(gè)調(diào)制裝置的對(duì)應(yīng)可控制像素都設(shè)置成提供最大的照明，而對(duì)于顯示屏上的另一些點(diǎn)，第一和第二空間調(diào)制裝置中每個(gè)調(diào)制裝置的對(duì)應(yīng)可控制像素都設(shè)置成提供最小的照明，該一些點(diǎn)的亮度和該另一些點(diǎn)的亮度之比超過1000∶1。
24.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，包括在第一空間調(diào)制裝置與第二空間調(diào)制裝置之間的一個(gè)或多個(gè)附加的空間調(diào)制裝置。
25.按照權(quán)利要求24的顯示裝置，其中該一個(gè)或多個(gè)附加空間調(diào)制裝置中的每個(gè)調(diào)制裝置包括準(zhǔn)直裝置和空間調(diào)制裝置，被前一個(gè)空間調(diào)制裝置調(diào)制的光成像到該空間調(diào)制裝置上。
26.按照權(quán)利要求25的顯示裝置，其中該一個(gè)或多個(gè)附加空間調(diào)制裝置中的每個(gè)調(diào)制裝置包括漫射裝置。
27.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中該顯示裝置包括前投射型顯示器，該前投射型顯示器包括配置成反射光到觀察者的顯示屏。
28.按照權(quán)利要求15的顯示裝置，其中用于控制的裝置包括控制器，該控制器配置成接收第一空間調(diào)制裝置的圖像數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)像素，用于近似由圖像數(shù)據(jù)確定的圖像；和設(shè)置第二空間調(diào)制裝置的像素，使顯示的圖像近似于由圖像數(shù)據(jù)確定的圖像。
29.按照權(quán)利要求15的顯示器裝置，其中該控制裝置包括基于圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)第一空間調(diào)制裝置的裝置和基于圖像數(shù)據(jù)和代表來自第一空間調(diào)制裝置的空間調(diào)制光強(qiáng)度的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)第二空間調(diào)制裝置的裝置。
全文摘要
一種顯示器具有并入一個(gè)光調(diào)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?？梢钥刂圃摴庹{(diào)制器的元件，以調(diào)節(jié)從顯示屏上的對(duì)應(yīng)區(qū)域發(fā)出的光的強(qiáng)度。該顯示器可以提供高動(dòng)態(tài)范圍。
文檔編號(hào)G03B21/56GK1924680SQ20061010803
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2002年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者洛恩·懷特海德, 格利格·沃德, 沃爾夫?qū)に箞D爾茲令格, 海爾基·斯特澤恩 申請(qǐng)人:不列顛哥倫比亞大學(xué)