CN106462038A - 用于具有高动态范围的投影仪的光再循环 - Google Patents

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Abstract

公开了用于通过对光能量的一部分进行再循环以实现光的高效利用的投影系统和/或方法。在一个实施例中，投影显示系统被公开为包括：光源；在近端处接收来自所述光源的光的集成杆，该近端包括可以沿着所述集成杆反射/再循环光的反射表面；和包括在投影方向上或光再循环方向上反射从集成杆接收的光的至少一个可移动反射镜的调制器。在其他实施例中，公开了双调制器和多调制器投影仪显示系统。第一调制器可以实现预调制的半音调图像或可以实现用于将被显示的期望图像的高亮调制图像。第二调制器可以被提供以用于期望图像的主调制。

Description

用于具有高动态范围的投影仪的光再循环
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年6月27日提交的美国临时优先权专利申请No.62/018,024的优先权，该申请通过引用被整体结合于此。
技术领域
本发明涉及用于投影系统的光再循环(recycling)，并且特别是涉及用于高动态范围(HDR)投影系统的系统和方法。
背景技术
现在，投影系统在动态范围方面有所改进。双和多调制器投影仪显示系统在本领域是已知的。但是，由对这样的显示系统中的光处理的改进建模导致的、在这样的显示系统的渲染和性能两者方面的另外改进是可能的。此外，正如发明人所认识到的，增加单调制显示系统的以及双/多调制显示系统的能量性能将是期望的。
发明内容
公开了用于通过对光能量的一部分进行再循环以用于将来使用而高效使用光的投影系统和/或方法。在一个实施例中，投影仪显示系统被公开，其包括光源；在近端处接收来自所述光源的光的集成杆，该集成杆包括可以沿着所述集成杆反射/再循环光的反射表面；和包括在投影方向上或光再循环方向上反射从集成杆接收的光的至少一个可移动反射镜的调制器。在其他实施例中，公开了双和多调制器投影仪显示系统。第一调制器可以实现预调制的半色调图像或可以实现用于将被显示的期望图像的高亮调制图像。第二调制器可以被提供以用于期望图像的主调制。
在一个实施例中，所公开的能够再循环来自光源的光的投影仪显示系统包括：光源；集成杆，所述集成杆被配置为在近端处接收来自所述光源的光并且其中所述近端包括能够沿着所述集成杆反射光的反射表面；及调制器，所述调制器包括可移动反射镜，这样的可移动反射镜能够将从所述集成杆接收的光在投影方向和光再循环方向中的至少一个上反射，其中所述光再循环方向基本上在集成杆的方向上。
还给出了用于响应于图像特性而控制光再循环的实施例。
在下面的具体实施方式中结合在本申请中给出的附图给出了本系统的其他特征和优点。
附图说明
在附图中示出了示例性实施例。本文公开的实施例和附图旨在被认为是示例性的而不是限制性的。
图1A描绘了根据本申请的原理制作的并示意性地示出的带有光再循环模块的双调制器投影仪显示系统。
图1C描绘了包括在多个颜色通道上的光再循环模块的投影仪显示系统。
图2描绘了足以实现本申请的目的的光再循环模块的一个实施例。
图3示出了适合用于本申请的目的的集成杆的近端。
图4描绘了双/多调制器投影系统的另一实施例，在其中执行根据本申请的原理的光再循环可以是可能的和/或期望的。
图5描绘了投影系统的另一实施例，在其中根据本申请的原理的光再循环可以是可能的和/或期望的。
图6A和图6B示意性地描绘了可以为进行根据本申请的原理的光再循环提供一个或多个机会的投影系统的许多可能的实施例。
图7A是用于单调制投影仪显示系统的一个可能的光再循环控制系统和/或方法。
图7B和7C分别描绘了用于传统DMD部件的被单独调制的颜色响应的响应曲线和响应表。
图8描绘了用于单调制投影仪显示系统的另一可能的光再循环控制系统和/或方法。
图9描绘了用于单调制投影仪显示系统的还另一可能的光再循环控制系统和/或方法。
图10描绘了用于给定照明模式的光再循环的一个可能的响应表。
图11、图12和图13描绘了用于在能够进行光再循环的显示系统中的有效的光再循环的三个算法。
图14描绘了双调制器显示系统中的光再循环模块的一个可替代实施例。
具体实施方式
正如本文中使用的，术语“部件”、“系统”、“接口”等意图指示计算机相关的实体，为硬件、软件(例如在运行中)和/或固件。例如，部件可以是在处理器上运行的过程、处理器、对象、可执行文件、程序和/或计算机。以示例的方式，在服务器上运行的应用和服务器两者可以是部件。一个或多个部件可以驻留于过程内，并且部件可以被本地化在一个计算机上和/或分布在两个或多个计算机之间。部件还可以意图指示通信相关的实体，为硬件、软件(例如在运行中)和/或固件，并且可以另外包括足够的有线或无线硬件以实现通信。
贯穿下面的说明书，阐述了具体的细节以便向本领域的技术人员提供更透彻的理解。但是，可能没有详细地示出或描述公知的元件以避免使本公开不必要地模糊。从而，说明书和附图将被视为示例性的而不是限制性的。
引言
在投影仪和其他显示系统的领域，期望改进图像渲染性能和系统效率两者。本申请的数个实施例描述了通过应用用于双或多调制显示系统的光场建模来实现这些改进的系统、方法和技术。在一个实施例中，光源模型被开发并用于有利的效果。已知的输入图像的被显示图像的照相机图片可以被评估以改进光模型。在一些实施例中，迭代过程可以累积改进。在一些实施例中，可以在移动的图像上使用这些技术以进行实时调节以改进图像渲染性能。
在共同所有的专利和专利申请中描述了双调制投影仪和显示系统，包括：
(1)在2012年2月28日发布(issue)的、题为“SERIAL MODULATION DISPLAY HAVINGBINARY LIGHT MODULATION STAGE”的、Ward等人的美国专利号8,125,702；
(2)在2013年6月13日公开(publish)的、题为“PROJECTION DISPLAYS”的、Whitehead等人的美国专利公开No.20130148037；
(3)在2011年9月22日公开的、题为“CUSTOM PSFs USING CLUSTERED LIGHTSOURCES”的、Wallener的美国专利公开No.20110227900；
(4)在2013年5月2日公开的、题为“SYSTEMS AND METHODS FOR ACCURATELYREPRESENTING HIGH CONTRAST IMAGERY ON HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAY SYSTEMS”的、Shields等人的美国专利公开No.20130106923；
(5)在2011年11月17日公开的、题为“HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAYS USINGFILTERLESS LCD(S)FOR INCREASING CONTRAST AND RESOLUTION”的、Erinjippurath等人的美国专利公开No.20110279749和
(6)在2012年5月31日公开的、题为“REFLECTORS WITH SPATIALLY VARYINGREFLECTANCE/ABSORPTION GRADIENTS FOR COLOR AND LUMINANCE COMPENSATION”的、Kwong的美国专利公开No.20120133689。
这些中的全部通过引用被整体结合于此。
一个示例性的物理架构
通常，具有单个数字微镜器件(DMD)的投影仪可能往往会具有有限的对比度。为了获得更大的对比度，两个或更多个DMD和/或其他反射器(例如MEMS)可以被串联布置。因为DMD可以作为时分或脉冲宽度调制器操作，所以操作串联的两个或更多个DMD和/或反射器——都作为脉冲宽度调制器——往往需要时分序列的精确时分对准和像素到像素的对应。这样的对准和对应需求在实践中可能是困难的。因而，在本申请的许多实施例中，投影仪和/或显示系统可以应用不同的双调制方案以实现期望的性能。
对于仅一个示例，投影仪显示系统的一个实施例可以使用第一调制器(例如第一DMD/反射器)作为“预调制器”或“预调制”——该调制器可以借助半色调图像在空间上调制光源，该半色调图像可以维持期望的时间段(例如一帧或其部分)。这个半色调图像可以被模糊化以产生空间上带宽减小的光场，该光场可以应用到第二DMD/反射器。第二DMD/反射器——被称为主调制器——可以对经模糊化的光场进行脉冲宽度调制。这个布置可以倾向于避免上面提到的两种需求——例如精确的时分对准和/或像素到像素的对应。在一些实施例中，两个或更多个DMD/反射器可以是在时间上帧对准的并且近似地在空间上帧对准的。在一些实施例中，来自预调制DMD/反射器的经模糊化的光场可以基本上覆盖主DMD/反射器。在其他实施例中，空间对准可以是已知的并且被考虑例如以帮助图像渲染性能。
虽然本申请在双、多调制投影系统的背景下给出，但是应该认识到，本申请的技术和方法将可应用于单调制或其他双、多调制显示系统中。例如，在投影系统的背景下，包括背光、第一调制器(例如LCD等)和第二调制器(例如LCD等)的双调制显示系统可以应用合适的模糊光学部件和图像处理方法和技术以实现本文中讨论的性能和效率。
应该认识到，尽管图1A描绘了两级或双调制器显示系统，但是本申请的方法和技术也可以应用于仅具有一个调制器的显示系统中或具有三个或更多个调制器(多调制器)的显示系统中。本申请的范围涵盖这些各种可替代实施例。
图1A示出了可以足够用来实现本申请的目的的双/多调制器投影仪显示系统100的一个可能的实施例。投影系统100应用光源102，该光源102向投影系统供应期望的照明，使得最终投影的图像对于投影图像的预期观众将是足够亮的。光源102可以包括可能的任何合适的光源——包括但不限于氙灯、(一个或多个)激光器、相干光源、部分相干光源。因为光源是整个投影系统的功率和/或能量的主要消耗(draw)，所以可以期望有利地使用和/或重复使用光，以便在它的操作过程期间节省功率和/或能量。
光104可以照射第一调制器106，第一调制器106可以进而经由一组可选的光学部件108来照射第二调制器110。来自第二调制器110的光可以由投影透镜112(或其他合适的光学部件)投影以在屏幕114上形成最终的投影图像。第一和第二调制器可以由控制器116控制——控制器116可以接收输入图像和/或视频数据。控制器116可以对输入图像/视频数据执行某些图像处理算法、色域映射算法或其他这样的合适的处理，并输出控制/数据信号到第一和第二调制器以便实现期望的最终投影图像114。此外，在一些投影系统中，依赖于光源，调制光源102(控制线未示出)以便实现对最终投影图像的图像质量的附加的控制可以是可能的。
光再循环模块103在图1A中被描绘为可以被放置在从光源102到第一调制器106的光路中的虚线框，正如在下面将讨论的。虽然将在这个定位的背景下给出本讨论，但是应该认识到，光再循环可以在投影系统中的各个点处被插入投影系统。例如，光再循环可以被放置在第一和第二调制器之间。此外，光再循环可以被放置在显示系统的光路上的多于一个点处。虽然由于部件的数目的增加，这样的实施例可能更贵，但是这种增加可以与由于多个点的光再循环而导致的能量成本节省相平衡抵消。
图1B描绘了包括单个调制器106b的投影仪显示系统100b的一个实施例。光102b被发射(可能在控制器的控制之下——未示出)并且光束104b可以被传输通过光再循环模块103b，如前所述。调制器106b可以选择性地反射光，如控制器期望的——并且经调制的光108b可以被传输通过投影光学器件112b并且作为将被观看的最终期望图像而被投影到屏幕114上。
图1C描绘了可以在多个颜色激光通道(例如R、G和B)上执行光再循环的光再循环模块的一个实施例。正如可以在这个示例中看到的，显示系统可以包括入射到集成杆126的红色光源(R)(例如对于B是124并且对于G是122)，该红色光源可以被传输(可能经由内部反射)到可以包括一个或多个反射器的可控制反射器120，该一个或多个反射器可以呈现出再循环位置120b或传输位置120a。如果光将被再循环，则反射器120b将把激光反射回到集成杆126中——其可以在那个路径内多次反射——直到反射器被命令(经由控制器，未示出)到传输位置120a。如示出的，由反射器120a传输的光可以被引导到红色反射镜128。在蓝色光的情况下，蓝色光可以在二向色组合器130处与红色光组合。类似地，绿色光可以在此后在二向色组合器132处被组合，并且然后光可以被进一步调制和/或投影——如由光学元件120所简单地描绘的。应该认识到，这个光再循环模块可以足够用于实现如期望的那样的单个调制器、双调制器和/或多调制器显示系统的目的。
一个光再循环实施例
图2描绘了可以适合用于本申请的目的的光再循环子系统和/或模块的一个实施例。正如在上面讨论的，这个光再循环子系统/模块可以被放置在投影系统中，主要在光源102和第一调制器221之间。来自光源102的光可以经由集成杆/管/盒202(例如经由端口201b，正如在图3中看到的)而被输入到光路。集成杆/管/盒202可以在它的内部包括基本上反射的表面，使得入射到它的表面上的光可以被反射(例如可能多次)直到光从它的极右端203离开(exit)。一旦光离开集成杆/管/盒，则光可以被置于由一组光学元件例如透镜204、214和216和一组滤波器和/或偏振器208、210和212定义的光路中。
第一调制器221可以包括反射器220以及数个棱镜218a、218b。反射器220可以包括反射器的DMD阵列、或MEMS阵列——或可以在至少两个或更多个路径上反射光的、可能的任何其他合适的反射器集合。一个这样的路径在图2中被描绘。正如可以看到的，反射器220将光引导到棱镜218a和218b的界面上，使得光由此被反射到透镜组件222中，并且其后到第二调制器229(例如包括透镜组件224、棱镜226和230、以及反射器228)。这个光可以被应用以形成将由观众观看的最终投影图像。
但是，在最终投影图像的渲染期间的某些时间，可能不需要光源102的全功率/能量。如果不能够调制光源102的功率(或如果很困难，或如果有另外的机会来节约光)，则可以期望再循环来自光源102的光。在这种情况下，并且如图2中可以看到的，能够将反射器220从它的示出的当前位置(即，光被引导以沿着路径行进到第二调制器)对准到替代位置，在该替代位置，光将沿着被描述为从右到左方向行进的基本上相同的路径被反射回到集成杆/管/盒202。
在另一实施例中，第三(可选)路径(未示出)允许反射器将光从光源引导到光“释放部(dump)”——即，投影系统的、在该处光被吸收的部分。在这种情况下，光作为从投影系统耗散的热量被浪费。因而，当根据期望引导光时，投影系统可以具有多个自由度。
图3示出了帮助实现光再循环的近端201(即最接近光源的端部)的一个实施例。正如可以看到的，光可以通过集成杆/管/盒202(例如经由多次反射)行进回到近端201。近端201还可以包括后部201a——后部201a还可以包括反射表面——和在该处来自光源102的光可以被输入到投影系统的端口开口201b。冲击后部201a的光可以被沿着集成杆202反射回去(可能多次反射，直到第一调制器处的(一个或多个)反射器被定向以将光传输到第二调制器或一些其他合适的光路以形成最终图像)。图2和图3的示例可以被视为能够在通过显示系统的光通路中的一些点处循环光的光再循环模块(例如本文中给出的其他示例)的一个示例。
图14是光再循环模块1400的另一实施例——光再循环模块1400可以担当用于至少一个激光器和/或部分相干颜色光源1402、1404、1406的模块。来自这样的源的光可以传输通过第一光学子系统1408以调整将被输入到集成杆1412中的光——集成杆1412可以包括反射近端1410，如在图3中所示。第二光学子系统1414可以在光输入到第一调制器1416之前如期望的那样进一步调整光。如上面的图2和图3，模块1400的这第一个支路(leg)可以实现光再循环模式，正如所讨论的。
在第一次调制之后，光可以在输入到第二调制器1420之前被传输通过第三光学子系统1418——该第二调制器1420调制光以用于传输通过投影光学子系统1422以便投影用于观看的最终图像。
高亮实施例
在一个实施例中，可选的高亮调制器可以使用可用的光的一小部分来实现可调节照明，除非它与预调制器组合。为了完成这一点，光束转向(beam steering)的技术和机械和/或非机械子系统两者可以被应用——例如使用机械转向、带有空间光调制器的全息图或其他空间调制方法将照明源的部分转向到系统中的各种路径可以是可能的。可以期望使用这样的系统通过将光转向到期望的位置来提高效率。
机械光束转向可以使用反射元件的集合，该反射元件可以在水平和/或竖直方向上的运动范围内被控制。这些反射元件将到达它们的光引导到产生受控非均匀照明的高亮调制器之后的调制器的期望区域。
非机械光束转向方法可以使用空间光调制器以使到达该调制器的均匀相干光的相位偏转。当通过透镜成像时，该相位被偏转的光产生三维光场。该三维光场可以被成像成二维光场，其中与收缩维度不同的平面通过变化的锐度或PSF属性成像到产生二维光场的、后面的调制器中的一个上。
不考虑实现方式，高亮调制(highlight modulation)指的是使用调制器来使到达它的光转向到后续调制器上的任何位置处。虽然可以有限制(诸如位置范围和粒度)，但是术语“任何位置”仍然可以用于将高亮调制器与其他调制器区分开。
依赖于高亮调制元件的数目、能够由高亮调制器实现的总覆盖和PSF属性，在一些实施例中，在它和主/第二调制器之间可能不必需具有预调制/第一调制器。在一些实施例中，高亮调制器可以具有在它之后不需要任何调制(预调制或主调制)的这样的性能是可能的。
高亮到预/主中继光学器件控制
在一些实施例中，调节中继光学器件以控制由高亮调制器生成的、到预调制/第一调制器或主/第二调制器上的照明的点扩散函数形状可以是可能的。在一些实施例中，可以有用来调节半峰全宽尺寸以及控制PSF的形状或尾部的控制。当应用光再循环时预测、监视和/或测量得出的性能可能是期望的，因为经过集成杆的另外的传递将改变光的均匀性和角度分集，这将进而影响得出的PSF。
预调制/第一调制实施例
在一些实施例中，预调制/第一调制可能需要调制在去主调制器的途中到达预调制器的光的能力。在一些情况下，预调制可以被应用以增大系统对比度。通过高亮(highlighting)，可能的是除了非成像的预调制器照明之外，高亮图像也可以照射预调制器。
在一些实施例中，合适的预调制/第一调制器可以是DMD、LCD、LCoS或其他强度调制器。不管如何实现，预调制均可以用于将到达它的光强度调制到后面的调制器上。每个预调制器元件(例如反射镜、像素等)影响后面的调制器上的固定的位置，或者如果在预调制器之后没有另外的调制则影响屏幕上的固定位置。依赖于预调制元件的数目、能够由预调制器实现的总覆盖和PSF属性，在它后面可以不必需具有主调制器。预调制器可以具有在它之前或之后不需要任何调制(例如高亮或主)的性能是可能的。
预到主调制器中继光学器件控制
这指的是调节中继光学器件以控制由高亮或预调制器生成的到主调制器上的照明的点扩散函数形状的能力。存在用以调节半峰全宽尺寸以及控制PSF的形状或尾部的控制。将预调制器用于循环是可能的，并且监视、建模、预测和/或测量得出的照明强度可能是期望的，因为经过集成杆的另外的传递将改变光的均匀性和角度分集，这将进而影响得出的PSF。
主调制器实施例
主/第二调制可需要调制在去屏幕的途中到达主调制器的光的能力。在一些实施例中，这可以倾向于确保得出的具有高对比度以及期望的空间和强度分辨率的质量图像。在一些实施例中，可能的是，除了非成像的主调制器照明之外，高亮和/或预调制器图像也可以对主调制器进行照明。
在一些实施例中，合适的主/第二调制器可以是DMD、LCD、LCoS或其他强度调制器。不管何种实现方式，主/第二调制都可以用于将到达它的光强度调制到屏幕上。每个主调制器元件(例如反射镜、像素等)影响屏幕上的固定位置。每个位置的大小和形状应该是一致的以形成被投影的屏幕图像，该屏幕图像的总体大小和形状将由投影光学器件确定。依赖于主调制器对比度范围，可能不需要使用高亮或预调制器。可能的是主调制器可以具有在它之前不需要任何调制(高亮或预)的性能。可以将主调制器用于再循环。将期望的是在水平和时间两方面理解得出的照明强度以便补偿照明调节，或通过改变到调制器的信号来确保形成期望的图像。测量这个水平是可能的。使用算法建模并预测这个水平也是可能的。
其他投影系统实施例
图4描绘了双/多调制器投影系统400的另一实施例，其中执行光再循环是可能和/或期望的。正如可以看到的，投影系统400可以包括一个或多个光源(例如402a和/或402b或其他另外光源)。在这个实施例中，光源402a将光提供到集成子系统/盒404a内，这可类似于图2A的实施例。来自402a的光可以最终到达第一调制器406，其中第一调制器406可以以与图1A、图1B、图1C和/或图2基本上相同的方式来构造(即，带有可以将光反射回集成子系统/盒404a的反射器)。然后光可以继续到光学子系统408、第二调制器410并在其后到投影透镜412，并且最终投影图像可以形成在屏幕414上。
但是，使用另外一个(或在其他实施例中，多个)光源402b可以出现另外的进行光再循环的机会。在一个实施例中，光源402b可以用作另一主光源(即，以在大量时间为最终图像提供大量的光)。在这个实施例中，来自402b的光可以由反射器403进一步反射，使得这个光可以在分束器405处与来自402a的光组合，并且组合的光束在大量时间形成最终图像。
在另一实施例中，光源402b可以被使用较少量的时间，以便在图像的部分之内提供高亮照明。应该认识到，反射器403可以是可移动的单个反射镜(例如，将光送到释放部或另一再循环子系统)。可替代地，反射器403可以是反射器(例如MEMS、DMD等)的组和/或阵列以提供对来自402b的另外的光的更精细的控制。
在另一实施例中，光源402b可以是可选的，并且集成子系统/盒404b可以在邻近光源402b可能的位置的端部处具有全反射表面。在这个实施例中，光可以具有在其中再循环光的另一路径(例如盒404b以及盒404a内部)。在另一实施例中，对于405使用单向镜可以是可能的。在这种情况下，反射器403将正好是可以将光重定向到404b中的可控制反射镜并且因而反射器403可以仅对于“折叠”系统以用于再循环是必需的。在这样的实施例中，可以不需要光在404a中再循环，相反，光可以在404中被再循环。这可以是期望的，因为可能在其中没有用于光输入的孔的再循环反射器使其成为更高效的再循环器。
图5是能够和/或期望进行光再循环的另一实施例。投影系统500可以包括光源502和集成子系统/盒504，如前面描述的。偏振器505可以是诸如LCD的可控制偏振器，该偏振器将在一个朝向上偏振光的可选择部分。分束器506可以是偏振分束器，该偏振分束器将使得在一个朝向上的光直接穿过作为均匀光场514，以使用516组合到主调制器518上。在其他朝向上被偏振的光由506被重定向为508。依赖于系统的设计，反射镜510可以是折叠该系统并使光到预调制器或高亮调制器512的反射镜。
然后，来自512的非均匀光场通过使用516与514进行组合以对518照明。当512是预调制器时，光束514可以用于对于图像522的非常黑暗的部分提供在黑暗中小于512的第一步的一些基本水平的照明。可替代地，当512是高亮调制器时，514用于提供在没有光将位于由512产生的非均匀光场中的区域中的、图像522所需要的均匀光水平。
在其他实施例中，将再循环类型集成杆(类似于在图3中描述的那些)放置在510和512之间(或在506和510之间)并且将集成杆的非再循环版本(例如没有后反射器)放置在506和516之间是可能的。在这样的实施例中，可以期望移除在502后面的504以便将光保持为紧密的光束。
一个示意性实施例
图6A和6B示意性地描绘了用于可以提供用于光再循环的这些多个机会的投影系统的一个或多个可能的实施例。图6A示意性地描绘了使用双/多调制器投影系统能够实现的处理600。这个处理可以包括来自各种激光、相干或部分相干光源的光(例如其中激光光可以是脉冲的(602)或由激光二极管604供应)。这样的光可以在各种架构中并以各种方式被组合和传输(606)(正如结合上面的数个实施例所描述的)。然后光可以被划分成(608)分量部分(例如610直到620)，并且这个光可以被组合和划分(622)以服务于各种功能，诸如高亮照明(628)、释放照明(630)、预调制(或第一调制器)照明(626)和主(或第二调制器)照明(624)。
在一个实施例中，调节激光功率倾向于均匀地影响整个显示区域以用于全局调光。这对于能够调节激光和/或光源功率的投影系统中的一些图像和场景可能是合适的。但是，在一些情况下，在低辉度水平下使得可控制的基础水平均匀照明被直接施加到高亮、预调制/第一调制器或主/第二调制器可以是有利的。控制这种类型的激光功率调节将被视为全局调光的另一形式。
在在显示系统中应用多激光源(或者对于每个可控制源使用单独的激光或激光组，或通过将激光或激光组分成各个可控制源)的一个实施例中，可以在空间上将它们布置成使得每一个影响显示区域的一部分以允许局部调光。这个方法与高亮调制器不同，因为这些局部调光区域在空间上是固定的，其中高亮调制局部调光区域可以是空间上可调节的。可以使用机械光转向通过将到达反射镜的光定向到空间定向光纤或光学部件(诸如分段集成杆)来控制对于每个区域的激光功率调节，该空间定向光纤或者光学部件将光引导到调制器上的预定的空间区域。
在这种情况下，机械光转向设备可以被视为激光功率调节的一部分，而不是高亮和/或预调制器，但是，在机械转向上的单独可控元件的数目大于空间区域的数目的这些系统具有另外的优点：能够将来自固定或可变源的照明在空间上重分布而不是必须直接改变每个区域的源。到调制器的激光照明的空间应用可以由用于每个调制器的照明光学器件来控制。对于全局调光，照明光学器件(例如透镜、集成杆等)的照明可以被设计为对调制器均匀地照明。对于局部调光，照明光学器件(例如小透镜阵列、分段集成杆等)的照明可以被设计为采用每个光路并且使它散布调制器的期望部分以产生合适的PSF。
在预调制/第一调制器预期接收大部分照明的实施例中，如果光再循环被实现，则可以期望使它的照明在划分中或使用光功率控制或通过使用调制器来补偿可降低对比度的情况而是可调节的。
数个示意性实施例
图6B示意性地描绘了可以实现诸如在图6A中所述的处理的投影系统。系统632可以可选地提供高亮照明628以进入光路634到高亮调制器636。这个光可以在642处经由光路644被发送到预调制(或第一调制器)光路内，或该光可以被释放(638)并可能在640处循环。
预调制/第一调制器级可以在626处经由光路652输入光。这个光可以在预调制/第一调制器646处与高亮照明组合，正如描述的。这个光可以被发送到主/第二调制器(例如形成预调制图像654)，或它可以被释放并在648处再循环。
主/第二调制器(660)可以接收来自预调制/第一调制器或主照明624的光(例如分别经由光路656、658)。这个光可以作为主图像662被发送到投影光学器件664，在投影屏幕(如果光源是相干或部分相干的，则可能有振动)668上形成投影的图像666，并在礼堂670等中被观看。否则，光可以被释放并在674处再循环。
应该认识到，这个示意图可以支持各种可能的投影系统并且它们全部被包括在本申请的范围内。为了本申请的目的，投影系统架构可以支持一个或多个进行光再循环的机会可能就足够了。
控制算法实施例
正如提到的，在图像、图像组或视频的投影期间的许多时间，可能不期望使用光源的全功率来形成最终投影图像。在这种情况下，光的一部分可以被再循环多次(基本上无限地)，直到需要形成更明亮的图像。此外，因为反射器220实际上可以包括一组反射器(或反射器的阵列)，所以在局部调光的基础上可能有机会再循环光。在一个可能的实施例中，当不需要全部可用光来形成最终投影图像时，在全局或局部调光的基础上应用光再循环，并且然后在有针对性的基础上使用它(例如，在最终投影图像中投影“高亮”)是可能的。高亮可以是图像的一部分，期望对于图像的该部分引导比它周围的图像部分多得多的照明能量以便加强该部分。
在另一实施例中，可以再次在全局或局部调光的基础上应用光再循环以便增强图像或场景的照明，该图像或场景平均而言比它前面的图像或场景更亮的。这些机会可以在预调制/第一调制器阶段或主/第二调制器阶段的照明期间出现，正如可以在图6B中看到的。
在一个实施例中，投影系统可以对于当它处理输入图像/视频数据时怎样通过控制器最好地应用光再循环做出确定。再循环的决定可以在处理图像数据时在运行中进行，或逐个帧、逐组帧或逐个场景地以前瞻方式提前进行。在另一实施例中，整个视频和/或场景可以被离线分析并且控制信号可以作为相关联的元数据流的一部分，与图像/视频数据一起被发送到控制器。
图7A是用于执行光再循环的流程图的一个实施例。控制系统/方法700可以在702处输入图像数据。基于响应曲线和/或表格(例如如图7B中所示出的)，系统/方法可以对于调制器的每个单独调制的颜色(IMC)计算平均图片电平(APL)。如在图7B的图中可以看到的，对于给定的DMD填充百分比，每个单独颜色可以呈现出不同的相对亮度。可以期望在执行光再循环时考虑到这些颜色差异，以便消除和/或减轻任何色调视觉伪影。应该认识到，图7A和图8的流程图可以假设再循环生成均匀光场，但是，图9的流程图可以考虑由于再循环导致的空间强度变化，并且应用图7C和图10中的表格。例如，根据在图7C中描绘的表格，输入图像可以被分成图像区域的5x4阵列，并且在每个图像区域中的光再循环可以如所述的从0％到40％被调节。
返回图7A，在706处，系统/方法可以确定对于每个IMC的相对亮度增加。一旦完成，系统/方法可以指示显示系统以将照明源强度减小到每个IMC的亮度增加的互逆数(reciprocal)。应该认识到，在照明源强度和亮度增加之间的其他函数关系可以是可能的和/或期望的(例如可能为亮度增加的一些函数的一些反向关系)。在本文中使用术语“互逆数”的地方，应该认识到，这样的其他实施例也是可能的。在708中调节光源强度是可能的，但是在一些实施例中，再循环可以保持相同(例如，再循环的百分比可以不由源减小而改变——仅绝对值，以便不在调制器上施加太多照明)。因为光快速行进，而甚至最快的PWM周期相比较而言也是非常慢的，所以再循环可以被视为瞬时的，并且得出的照明水平可以在调制器切换到它的当前状态之后被立即实现。
在系统应用(一个或多个)DMD作为主调制器(例如在数个时间段上散布调制的调制器)的情况下，可以有对于每个时间段的调制器状态和得出的再循环水平，并且每一个可以被计算和补偿。对于应用(一个或多个)DMD作为预调制器的系统，可以仅有一个时间段，这是因为系统可以使用半色调二值模式驱动它们，该半色调二值模式可以每帧仅改变一次(例如在实践中它可以每帧改变它1-4次，但是对于主DMD调制器这可以显著地小于10’s-100’s时间段)。对于应用LCD和LCoS作为主调制器的实施例，这些可以在显示的同时缓慢地切换(相对于DMD的)，使得得出的再循环可以在那个时间内被累积以确定怎样补偿。
虽然图7A的控制系统/方法可以一般地用于任何双/多调制器显示系统，但是这个控制也可以用在单调制器投影系统的背景下(例如,可以以与图1B相同或类似的方式构造)。在主调制器上的再循环可以来自于基于DMD、LCoS和LCD的系统的时间顺序本质。
图8是用于光再循环的另一控制系统/方法(800)。控制可以在802处开始输入图像数据。在804处，系统可以对于每个IMC计算APL。然后在806处，系统可以确定对于每个IMC的相对亮度增加。在808处，系统可以将照明源强度减小到与每个IMC的亮度增加的互逆数最接近的设置，可能不低于该互逆数值。在一个实施例中，可以假设，系统可以使用调制器减小光而不是增大它，在这种情况下，可能不期望该系统可以将照明源减小到需要的水平以下。但是，在另一实施例中(例如在大部分暗的调制器图像的情况下)，相反情况可能倾向于是真的(例如，系统可以减小照明并且然后设置调制器以允许更多的光穿过)。在这种情况下，步骤808可以继续以将照明源强度减小到最接近每个IMC的亮度增加的互逆数的设置，并且仍然允许调制器补偿。
然后在810处，系统可以降低被驱动到调制器的图像的强度以补偿在亮度增加的期望的互逆数和能够使用照明源获得的设置之间的差异。可替代地，步骤810还可以调节被驱动到调制器的图像的强度以补偿在亮度增加的期望的互逆数和能够使用照明源得到的设置之间的差异。
图9是用于光再循环的控制系统/方法的还另一实施例。但是，这个控制系统/方法可以在由于再循环导致的光非均匀性需要被考虑和/或调节的显示系统中很好的运作，并且照明强度控制是细粒度的或连续的。系统/方法900可以在902处输入图像数据。在904处，系统可以计算对于IMC的每个区域(即图像可以被分成不同区域的地方)的APL。在906处，系统可以基于实验统计数据来确定IMC中的每个区域的相对亮度增加。系统可以驱动模式(例如某些区域关闭同时其余区域开启)到调制器并且观察光的分布。依赖于暗区域的位置，它的再循环光可以以非均匀方式返回到调制器。这个非均匀性需要在调制器上被补偿。
在908处，系统可以将照明源强度减小到每个IMC的具有最低亮度增加的区域的互逆数。基于照明源强度设置，该系统可以确定每个IMC中的每个区域的相对亮度增加。然后，在912处，系统可以降低被驱动到调制器的每个区域的图像的强度以补偿在那个区域的亮度增加的期望的互逆数和照明源的设置之间的差异。
给定被分为图像区域的5x4阵列的输入图像，图10描绘了用于在给定某种调制器区域模式的情况下(例如作为实验统计的一部分而得出的)设置在调制器上的光再循环的非均匀水平的被部分地填充的(例如通过测量、估计和/或计算仅填充了中心和角落值，其余部分可以以类似方式充填)示例表格。在另一方面，示出模式并且然后基于它的特性来调节得出的再循环水平是可能的。例如，表1示出了被分成图像区域的3x3阵列的图像的辉度特性(例如，在每个区域中，示出平均或峰值辉度水平是高于还是低于预定的辉度阈值(例如10nit))。例如，如表2中所示，在实施例中，因为右下区域是OFF(或低于阈值)所以光再循环的大部分可以被执行为更接近那个区域，并且然后对于位置更远的图像区域下降。由实验得出的许多这样的表可以在906中使用。
表1被分为图像区域的3x3阵列的测试图像的辉度特性
ON ON ON
ON ON ON
ON ON OFF
表2作为图像特性的函数的、用于3x3分割的图像的光再循环的百分比
102％ 104％ 108％
103％ 108％ 109％
104％ 108％ 110％
图11是用于根据亮度增加来减小照明源强度的算法(1100)的一个实施例。在一些系统中，这样的亮度增加可以在单独调制颜色的基础上发生。
在1102处，系统可以输入用于观看的期望图像。在1104处，系统可以计算对于每个单独调制的颜色(IMC)的、期望(或需要)由预调制器生成的光场。在1106处，系统可以计算对于每个IMC的预调制器的平均图片电平(APL)。在1108处，对于每个IMC基于它的APL可以确定相对亮度增加。然后，在1110处，系统可以将照明源强度减小到每个IMC的亮度增加的互逆数。
图12是用于减小照明源强度的算法(1200)的一个实施例，特别是在可以应用偏振以投影图像的系统中(例如可以在图5中看到的)。
在1202处，系统可以输入用于观看的期望的图像。在1204处，系统可以计算可能对于每个IMC的、将被直接转移到主调制器的光的量(例如诸如图5中的514)。然后，在1206处，系统可以计算需要由每个IMC的预调制器生成的光场。然后，在1208处，可以对于每个IMC的预调制器计算APL。然后，在1210处，系统可以对于每个IMC基于它的APL来确定相对亮度增加。在1212处，系统可以将照明源强度减小到每个IMC的亮度增加的互逆数。这还可以包括将被直接转移到每个IMC的主调制器的光的量。然后，在1214处，系统可以调节偏振器(例如505)以将偏振对准到分束器中(例如506)，使得期望的光的量可以被直接转移到主调制器。
图13是可以输入在不假设显示系统可以参与光再循环的情况下生成的图像的算法(1300)的一个实施例。在一个实施例中，系统可以以许多可能的方式调节光再循环(例如采用“EDR master”等级并且将它映射到目标显示器的能力，同时借助元数据来保存艺术意图)。
在1302处，系统可以输入用于观看的期望图像。这个图像可以在不假设没有再循环将被/曾被完成的情况下被产生。在1304处，系统可以计算每个IMC的APL。在1306处，系统可以对于每个IMC基于它的APL来确定相对亮度增加。然后在1308处，系统可以提供(或否则计算)对于每个IMC能够实现的亮度范围给显示管理算法。在1310处，显示管理算法可以基于再循环范围来生成将被显示的图像，该图像可以比使用再循环每个IMC能够实现的图像的亮度低，但是可能不大于。然后，在1312处，系统可以计算每个IMC的新的APL(NAPL)。在1314处，系统可以对于每个IMC基于它的NAPL来确定新的相对亮度增加。其后，在1316处，系统可以将照明源强度减小到每个IMC的NAPL的互逆数。
现在结合附图给出了示出本发明的原理的、本发明的一个或多个实施例的详细描述。应该认识到，本发明是结合这样的实施例被描述的，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限制，并且本发明涵盖了多个可替代物、修改和等同物。在本说明书中阐述了多个具体的细节以便提供对本发明的透彻理解。这些细节被提供是为了示例的目的，并且可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求书实践本发明。为了清楚的目的，在本发明的相关领域中公知的技术材料没有被详细描述，使得本发明不会被不必需地模糊。

Claims (22)

1.一种能够使来自光源的光再循环的投影仪显示系统，所述投影仪显示系统包括：
光源；
集成杆，所述集成杆被配置为在近端处接收来自所述光源的光并且其中所述近端包括能够将光沿着所述集成杆反射的反射表面；及
调制器，所述调制器包括可移动反射镜，这样的可移动反射镜能够将从所述集成杆接收的光在投影方向和光再循环方向中的至少一个上反射，其中所述光再循环方向基本上在集成杆的方向上。
2.根据权利要求1所述的投影仪显示系统，其中所述光源是一组中的一个，所述组包括：激光器，部分相干光，颜色部分相干光，LED，氙灯。
3.根据权利要求1所述的投影仪显示系统，其中所述投影仪还包括：
第一调制器，所述第一调制器包括多个可移动反射镜，所述多个可移动反射镜能够将从所述集成杆接收的光在第一投影方向和光再循环方向中的至少一个上反射，其中所述光再循环方向基本上在集成杆的方向上；及
第二调制器，所述第二调制器能够调制在第一投影方向上的从所述第一调制器接收的光，并且传输所述调制的光以用于投影。
4.根据权利要求3所述的投影显示系统，其中所述第一调制器包括预调制器。
5.根据权利要求4所述的投影显示系统，其中所述预调制器能够产生将被显示的期望图像的半色调图像。
6.根据权利要求5所述的投影仪显示系统，其中所述第二调制器包括主调制器。
7.根据权利要求6所述的投影仪显示系统，其中所述主调制器能够对由所述预调制器产生的所述半色调图像进行脉冲宽度调制。
8.根据权利要求3所述的投影仪显示系统，其中所述第一调制器包括高亮调制器。
9.根据权利要求8所述的投影仪显示系统，其中所述高亮调制器能够将另外的光能量放置到主光束中以便使将要被显示的图像的期望部分高亮。
10.根据权利要求9所述的投影仪显示系统，其中所述第二调制器能够调制所述主光束和所述另外的光能量以产生期望的图像。
11.根据权利要求1所述的投影仪显示系统，其中所述光源包括多个颜色光源；及
对于每个颜色光源，包括集成杆，所述集成杆被配置为在近端处接收来自所述光源的光，并且其中所述近端包括能够将光沿着所述集成杆反射的反射表面；及
对于每个颜色光源，包括调制器，所述调制器包括可移动反射镜，这样的可移动反射镜能够在投影方向和光再循环方向中的至少一个上反射从所述集成杆接收的光，其中所述光再循环方向基本上在集成杆的方向上。
12.根据权利要求11所述的投影仪显示系统，其中所述投影仪显示系统还包括：
二向色组合器，所述二向色组合器能够组合来自至少两个集成杆的至少两个颜色光束以形成主光束。
13.一种用于在投影仪显示系统中再循环光的方法，该显示系统包括每个发射颜色光以用于调制的多个部分相干颜色光源、第一调制器和光再循环模块；其中该方法包括：
接收输入图像；
计算每个单独调制的颜色光的平均图片电平；
确定每个单独调制的颜色光的相对亮度增加；及
根据颜色光的相对亮度增加的互逆数来减小来自颜色光源的照明的强度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中该方法还包括：
降低被驱动到调制器的图像的强度以补偿在亮度增加的互逆数和使用照明光源能够获得的设置之间的差异。
15.根据权利要求13所述的方法，其中该方法还包括：
当确定相对亮度增加时，调节光再循环非均匀性。
16.根据权利要求13所述的方法，其中该方法还包括：
基于期望的再循环亮度增加来调节图像。
17.根据权利要求13所述的方法，其中显示系统还包括第二调制器，该第二调制器接收来自所述第一调制器的光，并且该方法还包括：
基于第一调制器的再循环亮度增加来调节图像。
18.根据权利要求17所述的方法，其中该方法还包括：
基于在亮度增加和使用照明源能够获得的设置之间的函数关系来降低被驱动到第二调制器的图像的强度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中该函数关系基本上是反向关系。
20.根据权利要求17所述的方法，其中该方法还包括：
当确定相对亮度增加时，调节光再循环非均匀性。
21.根据权利要求17所述的方法，其中该方法还包括：
基于期望的再循环亮度增加来调节图像。
22.根据权利要求17所述的方法，其中该方法还包括：
通过包括被转移到作为主调制器的第一调制器的光来计算源亮度设置。
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