專利名稱：光處理裝置和高幀頻灰度顯示成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及顯示技術(shù)，特別是涉及一種光處理裝置和一種高幀頻灰度顯示成
像裝置。
背景技術(shù)：
裸眼式真三維顯示有多種顯示模式及相關(guān)技術(shù)，大體包括體三維(volumetric 3Ddisplay),光場(chǎng)三維(Light Field 3D Display),全息三維(Holographic 3D Display)等。高速投影成像引擎是這些真三維顯示模式共同需要的一項(xiàng)核心技術(shù)，用以產(chǎn)生每秒千乃至數(shù)萬幅高清晰度二維灰度或者三維彩色圖像的投影，通過真三維顯示的機(jī)理，轉(zhuǎn)換成為動(dòng)態(tài)高清晰度真三維顯示圖像。高速投影成像引擎可以采用反射式空間光調(diào)制器。反射式空間光調(diào)制器包括 DLP(Digital Light Processing)和 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)·等?，F(xiàn)有DLP投影成像技術(shù)本身可以產(chǎn)生每秒數(shù)萬幅黑白二維圖像的投影，每幅圖像只有
O/ I灰度。為了產(chǎn)生出具有多個(gè)灰度等級(jí)的圖像，現(xiàn)有技術(shù)利用“脈沖寬度調(diào)制(PWM)”方法。圖I說明現(xiàn)有“脈沖寬度調(diào)制”方法的工作原理。以TI (Texas Instruments)生產(chǎn)的Discovery 4100系列DLP芯片(0. 7”or 0. 55”XGA)為例，它可以產(chǎn)生出最高每秒32，550幅黑白圖像投影。用Tc表示其芯片周期，則T。= I / 32550秒。為了產(chǎn)生8位亮度級(jí)別(28 = 256個(gè)亮度)的圖像，現(xiàn)有“脈沖寬度調(diào)制”技術(shù)需要利用256個(gè)芯片周期。具體地說，將每一幀8位亮度級(jí)別的圖像需要用256個(gè)芯片周期來產(chǎn)生。在此情況下，幀周期Tf與芯片周期T。的關(guān)系為Tf=256Tc(I)在這256個(gè)芯片周期中，芯片像素“ON”的時(shí)間(芯片周期個(gè)數(shù))與該像素的亮度等級(jí)成正比?；谌搜鄣囊曈X暫留效應(yīng)，觀察者可以看到具有256個(gè)亮度級(jí)的圖像。根據(jù)公式(1)，4100系列DLP芯片(Tc = I / 32550秒)最多每秒可以產(chǎn)生127幀(= 32550 / 256)8位亮度等級(jí)圖像。這樣的幀率，與真三維顯示所需要的每秒數(shù)千幅亮度圖像的要求相差甚遠(yuǎn)。比如，用這樣的方法生成體三維顯示，其三維圖像刷新率僅為每秒一幅(假設(shè)體三維圖像為127層)，不能達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示(三維圖像刷新率需要達(dá)到每秒24幅以上)。

實(shí)用新型內(nèi)容在下文中給出關(guān)于本實(shí)用新型的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本實(shí)用新型的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本實(shí)用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實(shí)用新型的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本實(shí)用新型的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。本實(shí)用新型的一個(gè)主要目的在于提供一種光處理裝置和一種高幀頻灰度顯示成像裝置，有利于改善三維圖像實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的效果。[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，一種光處理裝置，包括光源、光源亮度調(diào)節(jié)裝置和數(shù)字光處理模塊；其中所述光源用于產(chǎn)生第一色光；所述光源亮度調(diào)節(jié)裝置位于所述光源的輸出光路上，用于接收所述第一色光，并將所述第一色光調(diào)節(jié)為以一定亮度等級(jí)分布的第二色光并輸出；所述數(shù)字光處理模塊位于所述光源亮度調(diào)節(jié)裝置的輸出光路上，用于接收所述光源亮度調(diào)節(jié)裝置輸出的第二色光，將所述第二色光調(diào)制為第三色光輸出。根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，一種高幀頻灰度顯示成像裝置，包括光處理裝置和投影光學(xué)兀件； 所述投影光學(xué)元件位于所述數(shù)字光處理模塊的輸出光路上，用于接收所述數(shù)字光處理模塊輸出的第三色光，并將所述第三色光投射至屏幕上顯示。采用本實(shí)用新型的光處理裝置、高幀頻灰度顯示成像裝置和光處理方法，與現(xiàn)有的脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)相比，得到同樣數(shù)量的亮度等級(jí)所需要的處理周期少，因而可以在相同單位時(shí)間周期之內(nèi)產(chǎn)生更多數(shù)量的幀。

參照
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的說明，會(huì)更加容易地理解本實(shí)用新型的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本實(shí)用新型的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。圖I為現(xiàn)有“脈沖寬度調(diào)制”方法的工作原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型的光處理裝置的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型的光處理裝置的第二實(shí)施方式的光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的高幀頻灰度顯示成像裝置的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；其中10——光處理裝置；11——高幀頻灰度顯示成像裝置；101——光源；203——光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪；204——濾波片；103——光源亮度調(diào)節(jié)裝置；105——數(shù)字光處理模塊；106——投影光學(xué)元件。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖來說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。在本實(shí)用新型的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本實(shí)用新型無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。<第一實(shí)施方式>參見圖2所示，為本實(shí)用新型的光處理裝置的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的光處理置10包括光源101、光源亮度調(diào)節(jié)裝置103和數(shù)字光處理模塊 105。光源101用于產(chǎn)生第一色光，例如光源101可以產(chǎn)生白光或者其它顏色的光。光源101例如可以是激光光源或者LED光源。光源亮度調(diào)節(jié)裝置103位于光源101的輸出光路上，用于接收第一色光，并將第一色光調(diào)節(jié)為以一定亮度等級(jí)分布的第二色光并輸出。數(shù)字光處理模塊105位于光源亮度調(diào)節(jié)裝置103的輸出光路上，用于接收光源亮 度調(diào)節(jié)裝置103輸出的第二色光，將第二色光調(diào)制為第三色光輸出。在一種實(shí)施方式中，“調(diào)制”可以指從以一定亮度等級(jí)分布的第二色光中選擇一個(gè)或者多個(gè)亮度等級(jí)的光，并將該一個(gè)或者多個(gè)亮度等級(jí)的光合成為第三色光。第一色光的亮度大于等于第三色光的亮度。以光處理裝置10輸出的光(即第三色光)的亮度位數(shù)為8為例(也即是說，具有28個(gè)亮度等級(jí))，光源亮度調(diào)節(jié)裝置103接收光源101輸出的第一色光，并調(diào)節(jié)第一色光的亮度。例如，光源發(fā)出的第一色光的亮度等級(jí)為255，光源亮度調(diào)節(jié)裝置103可以周期性地將第一色光的亮度調(diào)整為以例如1，2，4，8，16，32，64，128的亮度等級(jí)分布的第二色光。經(jīng)亮度調(diào)節(jié)的第二色光后輸出至數(shù)字光處理模塊105。數(shù)字光處理模塊105接收光源亮度調(diào)節(jié)裝置103輸出的第二色光，并將第二色光調(diào)制為第三色光輸出。例如，光處理裝置10輸出的色光(即第三色光)的亮度為128，那么，光源亮度調(diào)節(jié)裝置103將光源輸出的第一色光的分解為亮度等級(jí)分別為例如1，2，4，8，16，32，64，128的第二色光，并將亮度調(diào)節(jié)后的第二色光輸出至數(shù)字光處理模塊105。數(shù)字光處理模塊105對(duì)第二色光進(jìn)行調(diào)制，將第二色光調(diào)制為亮度為128的第三色光，并將調(diào)制后的第三色光輸出。同樣以光處理裝置10輸出的光(即第三色光)的亮度位數(shù)為8為例，由于光源亮度調(diào)節(jié)裝置103和數(shù)字光處理模塊105僅需調(diào)節(jié)8次，即可實(shí)現(xiàn)色光(Γ255級(jí)的亮度，而相應(yīng)的在采用PWM調(diào)制時(shí)，由于脈沖的寬度代表了相應(yīng)的亮度等級(jí)，因此必須要調(diào)節(jié)28次，才能夠?qū)崿F(xiàn)(Γ255級(jí)的亮度。在光處理裝置10輸出的光的亮度位數(shù)為8的情況下，本實(shí)用新型所采用的方法的處理速度是PWM調(diào)制方法的28/8=32倍。同樣的，在光處理裝置10輸出的光的亮度位數(shù)為12的情況下，本實(shí)用新型所采用的方法的處理速度是PWM調(diào)制方法的212/12=341 倍。這樣一來，由于本實(shí)用新型的方法與PWM調(diào)制方法相比，可以在單位時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生更多的幀數(shù)，因而非常適合應(yīng)用在需要較高幀頻的顯示成像，例如，真三維顯示技術(shù)中。〈第二實(shí)施方式〉與第一實(shí)施方式不同，在本實(shí)施方式的光處理裝置中，采用光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203來調(diào)節(jié)光的亮度。如圖3所示，光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203包括多個(gè)濾波強(qiáng)度互不相同的濾波片204。光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203上的多個(gè)濾波片204例如可以按照亮度逐級(jí)遞增的順序排列。光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203以第一頻率旋轉(zhuǎn)，由光源輸出的第一色光入射至光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203的多個(gè)濾波片204上，并輸出不同亮度等級(jí)的第二色光。在一種實(shí)施方式中，光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203可以為圓形，其中的多個(gè)濾波片204為大小相同的扇形。在一種實(shí)施方式中，光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203中的濾波片204數(shù)量與第三色光的亮度位數(shù)相同。例如，當(dāng)欲得到的亮度位數(shù)為8的第三色光時(shí)，可以在光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203中設(shè)置8個(gè)濾波片204，對(duì)第一色光進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)成第二色光，然后輸出。數(shù)字光處理模塊105可以包括一個(gè)數(shù)字光處理芯片，用于對(duì)光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203輸出的第二色光進(jìn)行調(diào)制。以光處理裝置10輸出的色光(即第三色光)的亮度位數(shù)為8為例(也即是說，該第三色光具有28個(gè)亮度等級(jí))。光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203可以包含8個(gè)濾波強(qiáng)度的濾波片204，該8個(gè)濾波片204例如可以將亮度為255的第一色光分別調(diào)節(jié)成以亮度為
I,2, 4, 8, 16, 32, 64, 128分布的第二色光。第一色光入射到光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203中的某個(gè)濾波片204上，使其亮度發(fā)生改變，光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203旋轉(zhuǎn)一周，即可將第一色光分解為按照1，2，4，8，16，32，64，128的亮度等級(jí)分布的第二色光輸出。數(shù)字光處理模塊105包括一個(gè)數(shù)字光處理芯片，用于對(duì)第二色光進(jìn)行調(diào)制成第三色光。例如，光處理裝置10輸出的色光的亮度等級(jí)為111，則該亮度可分解為64+32+8+4+2+1。隨著光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203的旋轉(zhuǎn)，數(shù)字光處理模塊105中的數(shù)字光處理芯片在濾波片204亮度分別為64、32、8、4、2、1時(shí)調(diào)制為ON (即全白幀)的狀態(tài)，而在濾波片204處于其他亮度值時(shí)調(diào)制為OFF (即全黑幀)的狀態(tài)?；谌搜鄣囊曈X暫留效應(yīng)，即可得到最終亮度等級(jí)為111的光。光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203每旋轉(zhuǎn)一次，數(shù)字光處理芯片可進(jìn)行一次調(diào)制(即輸出一全白幀或全黑幀)，即數(shù)字光處理模塊的圖像幀頻率可為第一頻率的k倍，k與光處理裝置10輸出的色光(即第三色光)的亮度位數(shù)相同。以第三色光的亮度位數(shù)為8為例，光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203旋轉(zhuǎn)一周，需要8個(gè)數(shù)字光處理芯片的芯片處理周期，光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪203的旋轉(zhuǎn)周期為數(shù)字光處理芯片的芯片處理周期的八倍(即數(shù)字光處理芯片的圖像幀頻率為第一頻率的八倍)。從而，只需要8個(gè)芯片周期，即可得到(Γ255亮度中的任意一個(gè)亮度等級(jí)。參見圖4所示，為本實(shí)用新型的高幀頻灰度顯示成像裝置11的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。在該實(shí)施方式中，高幀頻灰度顯示成像裝置11在光處理裝置10的基礎(chǔ)上，還增加了投影光學(xué)元件106。投影光學(xué)元件106位于數(shù)字光處理模塊105的輸出光路上，用于接收數(shù)字光處理模塊105輸出的第三色光，并將其投射至屏幕上顯示。與現(xiàn)有的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)相比，本實(shí)用新型的光處理裝置和高幀頻灰度顯示成像裝置可以在更少的處理周期中實(shí)現(xiàn)與脈沖寬度調(diào)制技術(shù)相同亮度等級(jí)數(shù)量的光，進(jìn)而可以在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生比現(xiàn)有的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)更多數(shù)量的幀，將本實(shí)用新型的光處理裝置、高幀頻顯示成像裝置和光處理方法應(yīng)用到顯示中，可以提高圖像的刷新率，這將滿足那些需要高幀頻的顯示需求，例如真三維成像顯示。[0055]上面對(duì)本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)的描述。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能理解的，本實(shí)用新型的方法和裝置的全部或者任何步驟或者部件，可以在任何計(jì)算設(shè)備(包括處理器、存儲(chǔ)介質(zhì)等)或者計(jì)算設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中，以硬件、固件、軟件或者它們的組合加以實(shí)現(xiàn)，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在了解本實(shí)用新型的內(nèi)容的情況下運(yùn)用他們的基本編程技能就能實(shí)現(xiàn)的，因此不需在此具體說明。此外，顯而易見的是，在上面的說明中涉及到可能的外部操作的時(shí)候，無疑要使用與任何計(jì)算設(shè)備相連的任何顯示設(shè)備和任何輸入設(shè)備、相應(yīng)的接口和控制程序。總而言之，計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)硬件、軟件和實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的前述方法中的各種操作的硬件、固件、軟件或者它們的組合，即構(gòu)成本實(shí)用新型的設(shè)備及其各組成部件。在本實(shí)用新型的設(shè)備和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本實(shí)用新型的等效方案。還需要指出的是，執(zhí)行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時(shí)間順序執(zhí)行，但是并不需要一定按照時(shí)間順序執(zhí)行。某些步驟可以并行或彼此獨(dú)立地執(zhí)行。同時(shí)，在上面對(duì)本實(shí)用新 型具體實(shí)施例的描述中，針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了本實(shí)用新型及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本申請(qǐng)的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本實(shí)用新型的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本實(shí)用新型可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
權(quán)利要求1.一種光處理裝置，其特征在于，包括光源、光源亮度調(diào)節(jié)裝置和數(shù)字光處理模塊； 其中 所述光源用于產(chǎn)生第一色光； 所述光源亮度調(diào)節(jié)裝置位于所述光源的輸出光路上，用于接收所述第一色光，并將所述第一色光調(diào)節(jié)為以一定亮度等級(jí)分布的第二色光并輸出； 所述數(shù)字光處理模塊位于所述光源亮度調(diào)節(jié)裝置的輸出光路上，用于接收所述光源亮度調(diào)節(jié)裝置輸出的第二色光，將所述第二色光調(diào)制為第三色光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光處理裝置，其特征在于所述光源亮度調(diào)節(jié)裝置包括光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪； 所述光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪包括多個(gè)濾波強(qiáng)度互不相同的濾波片； 所述光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪用于在以第一頻率旋轉(zhuǎn)，且由所述光源輸出的所述第一色光入射至光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪的多個(gè)濾波片上時(shí)，輸出不同亮度等級(jí)的第二色光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光處理裝置，其特征在于所述光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪為圓形，其中的各濾波片為大小相同的扇形濾波片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光處理裝置，其特征在于 所述光強(qiáng)濾波器旋轉(zhuǎn)輪中的濾波片數(shù)量與所述第三色光的亮度位數(shù)相同； 所述數(shù)字光處理模塊包括一個(gè)數(shù)字光處理芯片，用于將所述第二色光調(diào)制成第三色光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光處理裝置，其特征在于 所述數(shù)字光處理芯片具體為圖像幀頻率為所述第一頻率的k倍的處理芯片，k為所述第三色光的亮度位數(shù)。
6.一種高幀頻灰度顯示成像裝置，包括如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的光處理裝置，其特征在于還包括投影光學(xué)元件； 所述投影光學(xué)元件位于所述數(shù)字光處理模塊的輸出光路上，用于接收所述數(shù)字光處理模塊輸出的第三色光，并將所述第三色光投射至屏幕上顯示。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光處理裝置和一種高幀頻灰度顯示成像裝置。光處理裝置包括光源、光源亮度調(diào)節(jié)裝置和數(shù)字光處理模塊。光源用于產(chǎn)生第一色光。光源亮度調(diào)節(jié)裝置位于光源的輸出光路上，用于接收第一色光，并將第一色光調(diào)節(jié)為以一定亮度等級(jí)分布的第二色光并輸出。數(shù)字光處理模塊位于光源亮度調(diào)節(jié)裝置的輸出光路上，用于接收光源亮度調(diào)節(jié)裝置輸出的第二色光，將第二色光調(diào)制為第三色光輸出。本實(shí)用新型可以在相同時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生比現(xiàn)有的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)更多數(shù)量的幀。
文檔編號(hào)G02B7/00GK202710911SQ201220344330
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者耿征 申請(qǐng)人:耿征