CN105980927B - 用于投影系统的声光光束转向调制器 - Google Patents

用于投影系统的声光光束转向调制器 Download PDF

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Abstract

声光A/O设备从源接收光并且使光偏转到第二A/O设备上，第二A/O设备可以是个体A/O设备的多重层叠集合。第一和第二设备可以根据控制信号使光偏转。而且，多调制器投影仪显示系统包括光源、控制器、由光源照射并能够根据控制器信号使光偏转的A/O调制器、由来自所述A/O调制器的光照射并能够对A/O调制后的光进行调制的第二调制器，所述第二调制器包括多个反射镜，并且所述第二调制器能够根据控制器信号对光进行调制。

Description

用于投影系统的声光光束转向调制器
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月10日提交的美国临时专利申请No.61/914,045的优先权，其全部内容通过引用被结合于此。
技术领域
本发明涉及投影仪显示系统，并且更具体而言，涉及用于双或多级调制投影显示系统的调制器。
背景技术
在常规的投影仪系统中，通常存在这样的单个光源，其利用被投影仪内的某种光学系统调制的图像照射屏幕。当存在具有“强光部分”(即，高明亮度的区域-例如，图像中表面的镜面反射、阳光直射、发光的物体、比其它区域大体上更亮的一个区域等等)的要被投影的图像时，该强光部分将具有与“满”屏相同的亮度级。在这种情况下，通过投影仪发出的光将必须对整个屏幕完全开启并且投影系统将必须“舍弃”不是强光部分的部分的光。这可能往往不是光源的最高效利用。
为了解决这些低效当中的一些，双或多重调制器投影仪系统正作为投影图像和视频的新颖途径被提议。
发明内容
本文公开了显示系统及其制造和使用方法的几个实施例。
公开了包括第一A/O设备和第二A/O调制器的声光(A/O)调制器。第一A/O设备从源接收光并且使光偏转到第二A/O设备上。第二A/O设备可以是个体A/O设备的多重层叠集合。第一和第二A/O设备可以根据来自控制器的控制信号使光偏转。
另一方面，描述了一种多调制器投影仪显示系统，包括：光源；控制器；A/O调制器，所述A/O调制器由所述光源照射并能够根据来自所述控制器的控制信号使光偏转；第二调制器，所述第二调制器由来自所述A/O调制器的光照射并能够对来自所述A/O调制器的光进行调制，并且所述第二调制器包括多个反射镜；并且进一步其中所述第二调制器能够根据来自所述控制器的控制信号来对光进行调制。
当联系在本申请中给出的图阅读时，本系统的其它特征和优点在以下具体实施方式中给出。
附图说明
在附图的参考图中示出示例性实施例。其意在本文所公开的实施例和图应当被认为是说明性的而非限制性的。
图1是可以用A/O调制器代替其第一调制器的双重调制投影仪显示系统的一种实施例，如本文进一步公开的。
图2绘出了如根据本申请的原理制成的包括A/O调制器作为第一(或前)调制器的投影仪系统的高层面示意性描述。
图3A和图3B分别绘出了如根据本申请的原理制成的A/O调制器的一种实施例的侧视图和顶视图。
图4是在光路中具有透镜的A/O调制器的一种替代实施例。
图5A和图5B分别绘出了在光路中具有多个透镜的A/O调制器的一种替代实施例的侧视图和顶视图。
具体实施方式
贯穿下面的描述，阐述了具体的细节，以便向本领域技术人员提供更透彻的理解。但是，众所周知的元件可能没有示出或详细描述，以避免不必要地模糊本公开内容。相应地，描述和图应当在说明性而非限制性的意义上被看待。
如本文中所使用的，术语“部件”、“系统”、“接口”、“控制器”等意在指计算机相关的实体，可以是硬件、软件(例如，在执行中)和/或固件。例如，这些术语当中任何一个可以是在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、程序和/或计算机。作为说明，在服务器上运行的应用和服务器二者都可以是部件和/或控制器。一个或多个部件/控制器可以驻留在处理中，并且部件/控制器可以位于一个计算机上和/或在两个或更多个计算机之间分布。
参照附图来描述要求保护的主题，其中相同的标号始终被用来指相同的元件。在下面的描述中，为了解释，阐述了众多具体的细节，以便提供对本主题创新的透彻理解。但是，可以清楚的是，要求保护的主题可以在没有这些特定细节的情况下实践。在其它情况下，以框图形式示出众所周知的结构和设备，以便促进描述本主题创新。
介绍
已在共同拥有的专利和专利申请中描述了双重调制投影仪系统，包括：
(1)于2012年2月28日公告的Ward等人的且标题为“SERIAL MODULATION DISPLAYHAVING BINARY LIGHT MODULATION STAGE”的美国专利第8,125,702号；
(2)于2013年6月13日公开的Whitehead等人的且标题为“PROJECTION DISPLAYS”的美国专利申请20130148037
--其全部内容通过引用被结合于此。
在许多双重、三重、超过2重调制(所有这些在下文中都被称为“多重调制”)当中，本文公开的显示系统使用光束转向来仅把光放到调制芯片上需要的地方。
图1是双重调制投影仪显示系统100的一种实施例，其包括两个或更多个数字投影仪(作为调制器)。图1示出了根据这个示例实施例的单色显示器。显示系统100包括光源102。来自光源102的光104照射第一光调制器106。光源102例如可以包括：激光器；氙灯；激光器(例如，二极管或其它)或其它固态光发射器的阵列；弧光灯；等等。
在一种实施例中，第一光调制器106可以包括多个可控元件106a-例如，在诸如MEMS设备等等之类的快速切换设备上。如将在下面更详细描述的(并参照图2A-图2B和图3A-图3C)，元件106a可以被合适的控制电路/控制器116选择，使得它们可被转向以便将光反射到第二调制器110。控制器116可以包括处理器，与处理器通信的存储器，该存储器可以包括使得控制器可适当地控制第一调制器和第二调制器(和其它调制器，如果它们在所关心的系统中的话)以执行如本文所述的高亮技术的指令。
可控元件的集合进一步可以包括可控模拟反射镜的集合-有可能具有足够响应以便为如本文所述的处理强光部分提供子帧渲染的切换速度。在一种实施例中，元件106a的切换响应时间可以足够快-从而在图像数据的给定的帧内将光反射到第二调制器若干次。例如，元件106a可以根据期望而实现到第二调制器110上的半帧、三分之一帧、四分之一帧或1/n帧照射。
来自第一调制器106的光可以通过光学系统108-光学系统108可以包括足够的光学部件来执行到第二调制器110上的照射的期望点扩散函数(PSF)。依赖于第一调制器106中的元件106a与第二调制器110中的元件110a的比率，期望的PSF可以相应地变化。例如，如果第一调制器106是MEMS阵列并且第二调制器110是DMD阵列，则典型的MEMS阵列具有比DMD阵列少得多的元件106a(例如，从几百到几千个反射镜元件的范围，100到2-3K)，在DMD阵列上可能有几百万个反射镜元件(例如，超过500K反射镜及更多)。
第二光调制器110可以由控制电路116控制(就像第一光调制器106那样)并且包括多个可控元件110a。每个可控元件110a可被控制以选择从第一空间光调制器106入射到元件110a上的光中的被透射到观看区114的光(有可能通过第二光学系统112)的比例。
在一些实施例中，第二空间光调制器110包括可以在ON和OFF状态之间进行切换的光学反射或透射元件110a，例如DMD设备。在这种实施例中，第二空间光调制器110可以由将其元件设置为ON或OFF的控制器来进行控制。
传送光学器件108将光从第一光调制器106运送到第二光调制器110。当第一空间光调制器106的所有元件106a都开启时，这种光能够照射第二光调制器110的整个活动区域。这种光可以扩散通过第二空间光调制器110的边缘。传送光学器件108会使光模糊。传送光学器件108可以由传递函数来特征化，该传递函数至少近似于从第一空间光调制器106上的点发出的光将如何在第二空间光调制器110上扩散。入射到第二光调制器110上的光的模式可以根据第一调制器106的配置(即，根据哪些元件106a开启和哪些元件106a关闭)和传递函数来估计或确定。合适的投影透镜112将来自第二空间光调制器110的光聚焦到屏幕114上供观看。屏幕114可以包括前投影屏幕或后投影屏幕。
虽然图1的实施例绘出了单个光通道，但是会认识到，第一和第二调制器可以对于投影仪中的一系列颜色通道当中每一个被复制，使得每个颜色通道包括2个光学偏移的反射调制器。颜色通道的序列可以包括红色通道、绿色通道和蓝色通道。光源例如可以包括多个彩色激光器光源。在一种实施例中，光源可以根据来自控制器(例如，116)的信号(未示出)而被全局地(按亮度)和/或在空间上(局部地)调光地调制。
到第二调制器的中间信号例如可以基于光场模拟，该光场模拟包括由第一调制器反射的光的点扩散函数以及偏移量。例如，到第二调制器的中间信号可以基于在每个通道中的由第一调制器反射的光的点扩散函数以及每个通道中的偏移量。各通道中的偏移量可以相同，或者至少两个通道的偏移量不同并且每个通道中到第二调制器的中间信号基于偏移量和通道之间的偏移量差当中至少一个。
声光光束转向调制器实施例
如上面所提到的，第一调制器可以是MEMS阵列-并且典型的MEMS阵列具有有限数量的反射元件(例如，几百至几千个)。其结果是，可能希望找到对MEMS阵列的替代方案，作为用于这种双(或多)调制器投影仪系统的第一(或前)调制器。
在图1的投影仪系统中，EDR投影仪可以采用“brute force”双重调制方法来获得明亮的高对比度图像。利用这种方法，满屏和强光部分亮度级相等，但这可能是低效的。投影仪系统的其它实施例可以采用使用光束转向来将光仅放到调制芯片上需要的地方的三重调制方法。从概念上讲，这可以工作得很好，因为只需要用于强光部分的一小部分能量；但是，在目前，不存在具有几乎足够的反射镜的商用光束转向设备。最佳数量是超过1500，而最大的设备有大约200个。光束转向的概念在所附文档中描述。在一种实施例中，可以能够使用三重调制，其中光束转向连同某种基本(平面)照射一起成像到第一DMD预调制器上。
因此，本申请的几种实施例可以通过用声光(A/O)调制器和/或偏转器代替包括光束转向反射镜的第一调制器来解决这些问题。在一些实施例中，这种A/O调制器可以包括两个或更多个A/O设备。在这种情况下，A/O调制器可以进一步包括单个A/O设备(其可以能够处理大量的焦度(power)，但可具有低时间带宽乘积(TBP))，以及第二多通道A/O偏转器。
图2绘出了包括这种A/O调制器204的投影仪系统200的高层面框图。来自源202的光可以被输入到A/O调制器204，A/O调制器204可以由控制器210进行控制以照射第二调制器206(例如，DMD阵列等等)的反射器。来自第二调制器206的光可以最终被用来形成到屏幕208上的投影图像。如图所示，控制器201可被构造为向A/O调制器204和第二调制器206-或可选地向光源202本身-提供控制信号，这依赖于输入图像数据。
图3A和图3B分别绘出了合适的A/O调制器204的侧视图和顶视图。如可以看到的，第一A/O偏转器302从光路接收光并且可以(例如，依据来自控制器的合适控制信号)使进入的光偏转到第二多通道A/O调制器304。在一种实施例中，A/O调制器304可以包括多个A/O设备306的层叠。光可以(例如，依据来自控制器的合适控制信号)从A/O调制器304偏转到多个下游位置-例如，偏转到第二调制器(其可以是DMD阵列)。
替代实施例
图4绘出了A/O调制器400的一种替代实施例的侧视图。和前面一样，A/O设备302接收光并且可以使光偏转通过透镜402-该光进而照射第二A/O设备304。如果透镜402是傅立叶变换透镜，则d1等于d2。在这种情况下，输入光的变换在其行为方面变得被良好建模-这可能在许多情况下是期望的。
图5A和图5B绘出了A/O调制器500的另一实施例的侧视图和顶视图。A/O设备302接收光并将其偏转到透镜502和504中。在一种实施例中，透镜502可以是球面透镜并且透镜504可以是负球面透镜(例如，不具有焦度)。因此，光被聚焦到A/O层叠304中的许多A/O设备中的一个A/O设备上。其后，光可以被偏转到透镜506和508中。在一种实施例中，透镜506可以是不具有焦度的透镜并且透镜508可以是球面透镜。然后，光可以聚焦到另一元件-例如，DMD阵列510，用于投影仪系统内的光的进一步调制。
其它实施例
如各种实施例已经表明的，可能期望采用对光束转向使用A/O偏转器和多通道A/O偏转器的概念。在许多实施例中，第一A/O偏转器可以向第二A/O多通道偏转器中的每个通道分配成比例的光量，并且对目标(例如，DMD阵列)的垂直范围进行提供。多通道偏转器可以提供水平调制，针对每个通道有单个条带。在一些实施例中，系统可以采用6通道的多通道偏转器，但其它尺寸可以是8、16和32通道阵列。
在一些实施例中，总的光路长度可以是大约一米，其中偏转器以大约2.5度的偏转操作。总效率可以是大约50-60％。在一些实施例中，准直的低光学扩展量(Etendue)源，诸如激光器，可以被使用。这种系统可以在多通道偏转器的分辨率和通道数量的约束内向DMD上的单个位置分配所有的光。这些偏转器可以具有超过200个TBP。举个例子，如果使用32通道的阵列，则这将提供200个水平元件乘32个垂直元件，总共照射6400个区域。在一些光束转向实施例中，基本上所有的能量都可以集中到单个区域中。
附带附图阅读，现在已经给出了示出本发明原理的本发明的一个或多个实施例的详细描述。应当认识到，本发明是联系这种实施例描述的，但本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限定并且本发明涵盖众多替代方案、修改和等同物。大量的具体细节已经在本说明书中阐述，以便提供对本发明的透彻理解。提供这些细节是为了示例的目的并且本发明可以在没有这些具体细节当中的一些或全部的情况下根据权利要求实践。为了清晰，在与本发明相关的技术领域中已知的技术素材未被详细描述，使得本发明不会被不必要地模糊。

Claims (8)

1.一种声光A/O调制器，包括：
第一A/O设备，所述第一A/O设备从源接收光并且根据从控制器接收的控制信号来使光偏转；
第二A/O设备，所述第二A/O设备从所述第一A/O设备接收偏转后的光并且根据来自控制器的控制信号来进一步地使偏转后的光偏转；
其中，所述第二A/O设备进一步包括一组A/O设备，并且所述第一A/O设备能够利用所述偏转后的光来照射所述一组A/O设备；
其中，进一步地，所述一组A/O设备中的每个A/O设备能够照射多个可寻址的目标；及
其中，所述第二A/O设备进一步包括这样一组层叠的A/O设备：所述第一A/O设备能够使光偏转到第一方向上，所述第一方向沿所述一组A/O设备被层叠的方向移动。
2.如权利要求1所述的A/O调制器，其中，所述一组层叠的A/O设备中的所述每个A/O设备能够使光偏转到第二方向上，所述第二方向与所述第一方向基本上垂直。
3.如权利要求1所述的A/O调制器，其中，所述A/O调制器还包括：
傅立叶变换透镜，所述傅立叶变换透镜被基本上等距地布置在所述第一A/O设备和所述第二A/O调制器之间。
4.如权利要求1所述的A/O调制器，其中，所述A/O调制器还包括：
第一光学器件集合，所述第一光学器件集合被布置在所述第一A/O设备和所述第二A/O设备之间；及
第二光学器件集合，所述第二光学器件集合被布置在所述第二A/O调制器之后。
5.如权利要求4所述的A/O调制器，其中
所述第一光学器件集合进一步包括正球面透镜和负球面透镜；及
所述第二光学器件集合进一步包括负球面透镜和正球面透镜。
6.如权利要求1所述的A/O调制器，其中，所述可寻址的目标包括DMD阵列的反射镜。
7.一种多重调制投影仪显示系统，所述显示系统包括：
光源；
控制器；
A/O调制器，所述A/O调制器由所述光源照射并能够根据来自所述控制器的控制信号来使光偏转；
第二调制器，所述第二调制器由来自所述A/O调制器的光照射并能够对来自所述A/O调制器的光进行调制，并且所述第二调制器包括多个反射镜；及
进一步地，其中，所述第二调制器能够根据来自所述控制器的控制信号来对光进行调制，
其中，所述A/O调制器进一步包括：
第一A/O设备，所述第一A/O设备从源接收光并且根据从控制器接收的控制信号来使光偏转；
第二A/O设备，所述第二A/O设备从所述第一A/O设备接收偏转后的光并且根据来自控制器的控制信号来进一步地使偏转后的光偏转；
其中，所述第二A/O设备进一步包括一组A/O设备，并且所述第一A/O设备能够利用所述偏转后的光来照射所述一组A/O设备；
其中，进一步地，所述一组A/O设备中的每个A/O设备能够照射多个可寻址的目标；及
其中，所述第二A/O设备进一步包括这样一组层叠的A/O设备：所述第一A/O设备能够使光偏转到第一方向上，所述第一方向沿所述一组A/O设备被层叠的方向移动。
8.如权利要求7所述的显示系统，其中，所述一组层叠的A/O设备中的所述每个A/O设备能够使光偏转到第二方向上，所述第二方向与所述第一方向基本上垂直。
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