CN109561288A - 高光投影显示器和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高光投影显示器和相关方法。投影显示器包括高光投影仪和主投影仪。由高光投影仪投影的高光放大在由主投影仪投影的基础图像的高光区域中的亮度。描述了各种高光投影仪，包括可操纵光束、全息投影仪和空间光调制器。

Description

高光投影显示器和相关方法
本申请是申请号为201280019001.X，申请日为2012年4月11 日，题为“高光投影显示器和相关方法”的中国发明专利申请的分案 申请。
对相关申请的交叉引用
本申请要求2011年4月19日提交的美国临时专利申请No. 61/476,949的优先权，其全部内容通过引用而被合并于此。
技术领域
本发明涉及投影显示器。示例实施例提供数字影院显示器。其它 实施例提供诸如电视机、计算机显示器之类的显示器，以及诸如广告 显示器、虚拟实景显示器、游戏显示器、和医学成像显示器之类的特 定目的的显示器。
背景技术
存在对提供能够再现逼真观看的图像的显示器的兴趣增加的趋 势。实现逼真的图像的一方面是提供高峰值亮度和高动态范围。一般 的自然场景包括非常明亮的区域，例如空中的太阳和明亮地照射的物 体的高光，以及暗淡的区域，例如在阴影中的物体。不可能在不能高 峰值亮度的显示器上实现一般场景的逼真图像。
目前投影技术并不有效率地衡量高光。例如，在许多普通投影仪 设计中，诸如氙气灯之类的光源照射一个或多个空间光调制器。空间 光调制器将一些光指向屏幕同时吸引或重定向其它的光。实现高光需 要按比例增大光源的功率。光源的增加的功率消耗变成将光源的亮度 增加到足够在自然场景的典型级别处提供峰值亮度的级别的障碍。而 且，除了其它问题以外，高光源可以引起使空间光调制器及投影仪中 的其他组件过热的问题。
举例来说，目前数字影院投影仪可以具有耗费8千瓦电功率以照 射产生48尼特(48cd/m2)的峰值亮度的大屏幕的光源。为了实现 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 率将需要被按比例增大到超过2兆瓦。显而易见这在大多数情况下是 不切实际的。
防止许多传统投影显示器的峰值亮度的显著增加的又一问题是 对比度不随峰值亮度的增加而增加。在许多此类显示器中，增加光源 的强度以实现增加的峰值亮度也引起了黑电平。因此，试图将峰值亮 度增加超过阈值将导致令人无法接受的高的黑电平。
提供具有足够高光的显示器以呈现逼真的图像的又一障碍是人 类视觉系统对光的响应大约是对数。相比之下，功率需要与亮度大约 成线性比例。假定光源的相同效率，加倍图像的亮度需要加倍功率。 然而，加倍亮度并没有导致由观看者感觉是两倍亮的图像。加倍表观 亮度大约需要亮度的平方。
预期相关技术的上文示例和相关于其的限制是说明性的而非专 有的。本领域的技术人员在读到说明书并研究附图时，相关技术的其 它局限性将变得明显。
发明内容
本发明具有一系列方面。本发明的实施例提供投影显示器、用于 操作投影显示器的方法、双重调制显示器、包含当由数据处理器执行 时使得数据处理器执行根据本发明的方法的计算机可读指令的介质、 用于显示图像的方法、以及用于处理用于显示的图像数据的方法等。
本发明的一个示例方面提供一种显示器系统，包括：被布置为将 由基础图像数据定义的图像投影到屏幕上的主投影仪和被布置为将由 高光的图像数据定义的高光图像与基础图像对准地投影到屏幕上。图 像处理器被配置为处理图像数据以生成高光图像数据。
在一些实施例中，高光投影仪包括扫描光束投影仪。扫描光束投 影仪可以提供例如多个原色(例如，红色、绿色、和蓝色光束)的激 光光束。可以一起或独立地扫描光束以使得高光区域具有期望的表观 亮度和颜色。在其它实施例中，扫描光束投影仪提供白光的可扫描光 束。
在一些实施例中，高光投影仪包括2D全息投影仪。
另一方面提供一种高光投影仪系统，包括被配置为处理图像数据 以输出高光图像的图像处理器；和可操作以根据高光图像与基础图像 对准地投影光的光投影仪。
另一个示例方面提供一种显示器，包括被布置为照射空间光调制 器的空间调制的光的光源，其中空间调制的光的源包括2D全息光源。
另一个示例方面提供一种用于显示由图像数据定义的图像的方 法。该方法包括集中来自光源的光以输出已被以基于图像数据的方式 空间调制的光；利用空间调制的光照射空间光调制器；以及控制空间 光调制器以根据图像数据显示图像。例如，集中光可以包括生成计算 机生成的2D全息图。在一些实施例中，光包括相干光，并且集中光 包括在光学系统的傅里叶平面中调整光的相位。
另一个示例方面提供一种用于根据图像数据显示图像的方法。该 方法包括处理图像数据以生成基础图像和包括高光像素的高光图像； 操作主投影仪以显示基础图像；以及操作高光投影仪以显示与基础图 像叠加的高光图像。
除了如上所述的示范性方面和实施例之外，参考附图和下列详细 描述的研究，进一步方面和实施例将变得清晰。
附图说明
附图示出了本发明的非限制性的示例实施例。
图1是根据示例实施例的显示器系统的示意性图。
图1A是根据另一个示例实施例的显示器系统的示意性图。
图2A和2B是显示根据分别地用于亮的图像和暗的图像的那些 像素的亮度的图像中的像素数目的示范性直方图。
图3是将高光投影仪与主投影仪组合的示例装置的示意图。
图4是示出了根据示例实施例的显示器系统的图像数据处理组件 的方框图。
图5是示出了根据示例实施例的包括光重定向投影仪的高光投影 仪的示意性图。在图5示出的类型的高光投影仪可以被配置为将光投 影到例如屏幕、主投影仪的组件或空间光调制器上。
图6A是示出了被配置为将期望的高光图像投影到被控制以或者 重定向、转出或者吸收高光区域外的图像区域中的光的空间光调制器 上的示例全息投影仪的示意性图。
图6B是示出了根据示例实施例的被配置为将高光图像直接投影 到主投影仪的空间光调制器上的全息投影仪的示意性图。
图7是示出了根据示例实施例的包括被布置为利用用于消除漏出 光的傅里叶平面中的空间滤波器照射2D空间光调制器的光源的高光 投影仪的示意性图。
图8是示出了根据示例实施例的包括照射空间光调制器的光源的 高光投影仪的示意性图。
图9示出了根据另一个实施例的显示器。具有在图9中示意地示 出的总体结构的显示器可以被用作独立显示器(例如作为电视机、计 算机监控器、专门目的显示器等)或作为包括高光投影仪的显示器系 统的一部分。
具体实施方式
贯穿以下描述，阐述细节以便向本领域技术人员提供对本发明的 更彻底的理解。但是，公知的元件可能不被示出或详细描述以避免不 必要地模糊本公开。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的，而 不是限制的意义上的。
本发明的一些实施例提供包括主投影仪和高光投影仪的投影显 示器。主投影仪可以具有相对低的峰值亮度并且可以用来投影完整图 像。由主投影仪投影的图像中的高光的亮度低于期望的亮度。高光投 影仪可以投影集中的光以在高光的位置处提高光，由此显著地提高高 光的亮度。
图1示出了根据第一示例实施例的投影系统10。投影系统10包 括具有将图像16投影到屏幕18上的透镜14的主投影仪12。屏幕18 可以是前投影屏幕或后投影屏幕。系统10还包括具有将图像16A投 影到屏幕18上的透镜22的单独高光投影仪20。叠加图像16和16A 以使得观看者看见由图像16和16A组合产生的图像。
主投影仪12可以包括任何合适的图像投影仪。例如，主投影仪 12可以包括基于DLP的投影仪、使用一个或多个硅上液晶(LCOS) 的空间光调制器的投影仪、包括透射式液晶显示器(LCD)面板以调 制光的投影仪、阴极射线管(CRT)投影仪等等。
高光投影仪20是可以将集中光传递到图像16的区域内的至少一 些区域的类型的，优选地没有显著地提高图像16内的其他区域的亮度 级。例如，高光投影仪20可以包括可以被引导以将进一步照射增加到 图像16的仅仅选择的高光区域的一个或多个扫描光束。
高光投影仪20和主投影仪12被共同对准以使得高光投影仪20 可以将附加光精确地传递到由主投影仪12投影的图像16内的小的高 光区域。在一些实施例中，高光投影仪20具有等于或大于主投影仪 12的空间分辨率。在其它实施例中，投影仪20可以具有小于主投影 仪12的空间分辨率。在其它实施例中，投影仪20可以具有小于主投 影仪12的空间分辨率。
在一些实施例中，提供高光投影仪20和图像处理器以用作诸如 商业可用的数字影院投影仪之类的现有主投影仪的附加件。图像处理 器可以被配置以接收用于投影的图像数据并且生成用于由高光投影仪 显示的高光图像。在一些实施例中，图像处理器可以修改图像数据以 便提供用于由现有主投影仪显示的基础图像。在安装时就可以校准高 光投影仪以产生与由现有主投影仪产生的图像对准的高光图像。
有利地，在一般场景中，在图像中仅仅相对非常小的比例的像素 需要被显示有大于标准投影仪12的峰值亮度的亮度以用于加强真实 性。已经发现通过很有选择地提供亮的高光可以实现加强的真实性。 图2A和2B是显示根据分别地用于在具有高峰值亮度的显示器上进行 观看的人着色师准备的亮的图像和暗的图像的那些像素的亮度的图像 中的像素数目的直方图。在每个情况下，着色师调整图像，以便获得 着色师认为是最优的外观。
多少令人惊讶，在明亮图像中的所有像素的平均亮度仍然相对很 低。甚至在具有图2A的直方图的明亮图像中，能够看出仅仅相对非 常小的比例的像素具有高亮度(例如亮度超过大约1,000或2,000尼 特)。在高和很高的亮度处的少数很明亮的像素可以产生具有逼真得 多的外观的图像而没有显著地影响观察者的眼的光适应。这不同于许 多或全部像素可以具有很高的亮度的自然中的真实场景。例如，晴日 里冰川上的真实场景可以是如此明亮以致在没有暗色太阳镜下观看持 续的时间是不舒服的乃至有害的。着色师可以以一种方式准备此类场 景，该方式在几个关键区域提供高亮度的同时产生相对低的平均亮度以提供更逼真的观看体验。
一些实施例采用的事实是，如果利用比用于给观看者呈现图像 的平均亮度高得多的峰值亮度呈现小的高光区域，则在保持逼真的观 看印像的同时可以以惊人低的平均亮度再现甚至很明亮的场景。一些 实施例使用功率低得多而不能将图像16的所有像素提高到最亮的高 光级别但是能够将高光的照射放大到期望的级别的高光投影仪。在此 类实施例中，来自高光投影仪的光被集中到高光以提供在高光中期望 的亮度。
存在多种方式以组合方式布置主投影仪和高光投影仪。例如，可 以提供如下系统：该系统提供投影仪和用于选择性地放大高光区域的 亮度的高光投影仪，其被布置为具有下列特征的任何组合：
·主投影仪和高光投影仪可以使用相同的总体技术或不同的技 术。
·可以以独立单元的形式或以组合单元的形式(例如，集成形状 因素)提供主投影仪和高光投影仪。在以组合单元的形式提供主投影 仪和高光投影仪中，主投影仪和高光投影仪可以共享某些光学组件和/ 或某些光路。例如，主投影仪和高光投影仪可以共享投影透镜、中继 光学器件、一个或多个空间光调制器等中的一个或多个。下面阐述共 享的组件和光路的各种示例。
·系统可以包括一个或多于一个共同地投影基础图像的主投影 仪。例如，系统10可以包括共同地照射屏幕18以提供图像16的多个 主投影仪12。
·系统可以包括可以一个或多于一个共同地投影高光图像以放大 高光区域的亮度的高光投影仪。例如，高光投影仪20可以包括可以被 控制以将光共同地引导到图像16的高光区域上的多个单元。
·高光投影仪可以是单色的(例如可以投影白光)或多色的。
·高光投影仪可以可选地包括滤光(例如示例傅里叶平面中的空 间滤波器)以抑制高光区域之外的照射。
·高光投影仪可以可选地包括一个或多个空间光调制器。空间光 调制器可以被控制以执行以下中的一个或多个：引导光以照射高光区 域、纠正投影的高光图像中的错误、抑制高光区域之外的照射、调整 高光图像以平滑融合到由主投影仪投影的基础图像中、以及将来自高 光区域之外的光重定向到高光区域中。在高光投影仪包括一个或多个空间光调制器的实施例中，空间光调制器可以包括由主投影仪共享的 空间光调制器和/或可以包括专用于高光投影仪的空间光调制器。
·主投影仪和高光投影仪可以被布置用于前投影或后投影。不强 制高光投影仪20和主投影仪12从同一侧照射屏幕18。在屏幕18是 半透明(例如其中屏幕18包括后投影型屏幕)的实施例中，高光投影 仪20和主投影仪12可以从相对侧照射屏幕18。
这些不同的方法和它们的排列与组合不是限制的而是意图提供 在本发明的范围之内的一些实施例的示例。
有利地，如由观看者观看的组合图像包括其中峰值亮度显著地超 过主投影仪12的峰值亮度的一些高光。例如，主投影仪可以具有500 尼特或更小的峰值亮度，而高光区域可以具有2000尼特或更多的峰值 亮度。例如，预期在暗的观看环境(例如电影院)中使用的一些主投 影仪可以提供大约15到50尼特的峰值亮度。一些此类投影仪被设计 为成像到大区域的屏幕上。例如，预期在明亮的观看环境中使用的一 些主投影仪可以提供大约100到300尼特的峰值亮度。
由于由高光投影仪20照射的高光区域可以仅仅包括图像16的区 域的非常小的部分(例如，小于10％、5％、1％、乃至小于0.1％)， 因此高光投影仪20可以能实现高光区域中的期望的高亮度而不需要 不实际的功率输入。
图1A示出了根据其中高光投影仪包括产生窄的光束21的点光源 20A和包括扫描镜23A和23B的偏转器23的示例实施例的投影仪系 统。镜子23A和23B被可转动地安装并且由致动器(未示出)操作以 使得光束21可以被导向以在图像16中的任何期望位置形成小点25。 光束21的强度和显示点25的位置可以由控制器24控制以实现在选择 的高光区域中增加的亮度。在一些实施例中，通过改变控制点25停留 在高光区域上的时间量来至少部分地控制高光区域的亮度。在一些实 施例中，通过当光束21正照射高光区域时控制光束21的强度和/或占 空系数来至少部分地控制高光区域的亮度。
光束21可以例如包括激光束。在一些实施例中高光投影仪包括 可以被组合以构成白色高光的三个不同颜色的激光束。例如高光投影 仪可以包括红色、绿色和蓝色激光束。在此类实施例中，光束可以被 由单个偏转器组件(例如单组镜子23A、23B)操纵以照射高光区域。 在可替换实施例中，为多个光束21的每一个提供单独的偏转组件。
由于高光通常仅仅出现在图像16的总区域的小比例中，因此激 光器可以通过在那些区域停留较长时间来增加高光区域的感觉的亮 度。激光器不需要照射高光区域之外的图像16的任何部分。
在高光投影仪包括可操纵的光束的实施例中，使得光束操纵的控 制器(例如控制器24)可以被配置为控制镜子23A和23B(或诸如利 用数字光偏转器、光栅光阀等的机制之类的可替换光束操纵机构)以 使得点25跟随取决于要被照射的高光区域的位置的轨迹。光束操纵机 制不必需以光栅或覆盖图像16的所有像素的其它模式扫描。通过以在 避免高光区域之外的至少一些像素的同时将点25带到高光区域的轨 迹使点25操纵，控制器25可以使得点25在高光区域上停留足够实现 高光区域的期望的亮度的时间段。
主投影仪12和高光投影仪20可以可选地相互结合以使得两个投 影仪共享一些常见的光路。例如，高光投影仪20和主投影仪12的光 学系统可以被布置为共享常见的投影透镜14。图3中示出此一个示例。 图3自然是示意性的。为了清晰已经省略了可以被呈现在光路中的光 学组件，诸如中继透镜、镜子、过滤器等。
在图3中示出的实施例中，主投影仪12包括可以发出光31以照 射空间光调制器32的光源30。光源30可以包括均匀光源或可以根据 图像数据(例如基础图像)被在空间上调制的光源。由空间光调制器 32调制的光由投影透镜14引导到屏幕18上(图3中未示出)以提供 图像16(图3中未示出)。
在此实施例中，高光投影仪包括可以被控制以发出由X-Y偏转 器36和光组合器37操纵以在空间光调制器32上产生明亮地照射的点 38的窄的光束35的高强度窄光束光源34。通过在利用X-Y扫描仪36 扫描的同时控制光源34的强度和/或开启或关闭光源34，利用来自光 源34的光可以在空间光调制器32上照射多个不同的高光区域。如由 空间光调制器32调制的此附加光也由透镜14成像以增加图像16之内 的高光区域的亮度。
在可替换实施例中，光组合器37位于空间光调制器32和投影透 镜14之间以使得点38被直接投影到屏幕18上。在此可替换实施例中， 主投影仪和高光投影仪的光路可以仅仅共同具有投影透镜14。
图4是示出了根据示例实施例的显示器系统的图像数据处理组件 的方框图。图像处理系统40接收图像数据42和处理图像数据42以识 别高光区域。处理可以包括，例如将像素亮度值与第一阈值相比较并 且将具有超过第一阈值的亮度值的那些像素识别为属于高光区域。在 一些实施例中，高光区域可以被局限于包括具有超过第一阈值的亮度 值的连接像素的预定区域的区域。如另一个示例，处理可以识别高光 区域为由M个最高亮度的像素(其中M是数字)或在对于亮度的第 N个百分位或以上的那些像素(其中N是诸如第90百分位或第95百 分位或第98百分位或第99百分位或第99.9百分位之类的百分位)构 成。处理可以包括应用多个此类标准(例如，高光区域可以被识别为 高达亮度超过阈值的M个像素)。
在一些实施例中，处理包括：在包括在高光区域内的区域与峰值 亮度之间进行权衡。此类处理可以包括直方图分析。例如，对于其中 处理根据第一标准识别相对大量的像素为属于高光区域的图像，处理 可以在根据第一标准以在高光区域中可实现的减小的峰值亮度为代价 保留高光区域或应用第二标准以减少包括在高光区域内的像素的数目 之间进行选择。此类处理可以包括直方图分析。
在一些实施例中，参考适应点执行处理。适应点可以例如包括或 被从图像的对数平均亮度确定。在视频图像的情况下，适应点可以包 括在一些上述图像上的时间均值。在此类实施例中，处理以识别高光 区域可以包括识别具有比适应点高至少阈值量的亮度的像素。
图像处理系统40生成被递送到高光投影仪20的高光图像43。由 高光投影仪20显示高光图像43以提供高光区域中增加的亮度。在高 光区域外的像素在高光图像43中可以具有非常小的值或零值。图像处 理系统40也传递用于由主投影仪12投影的基础图像44。
在一些实施例中，基础图像44与图像数据42相同。在其它实施 例中，处理基础图像44以提供在主要由高光投影仪20照射的高光区 域与主要或全部由主投影仪12照射的图像16的基础区域之间的平滑 转变。例如，此处理可以包括从图像数据42中提取高光组件以提供基 础图像44。在一些实施例中，处理包括估算当被驱动以显示高光图像 43时将由高光投影仪20传递给图像像素的亮度和在生成基础图像44 中补偿估算的亮度。在一些实施例中，估算可以对高光投影仪20的光 学系统的特征建模。在一些实施例中，估算可以估算由高光投影仪20 传递到高光区域之外的像素的光。可以校准主投影仪12和高光投影仪 20的颜色和亮度以促进此类平滑转变。
高光图像43可以采取多种形式。在一些实施例中，高光图像43 可以包括或被认为是二元图像(“ON”的全部像素被设置到相同的级 别)。此类实施例可以和用于选择将高光区域选择为由具有大大超过 适应点的亮度的像素构成的高光区域的处理结合使用。此类实施例可 以采取人类视觉系统类似地响应大大超过适应点的光的事实。例如， 观看者不能说出在其中某些高光像素具有10000尼特的亮度的图像与 其中相同的高光像素具有15000尼特的亮度的另一个图像之间的许 多或任何差异，只要高光像素具有大大超过两个图像中的适应点的亮 度。一些此类实施例可以通过将来自高光投影仪的亮度平等地分布在 高光像素之上和/或通过将高光像素的亮度修剪到设定级别来操作。
在其它实施例中，高光投影仪可以被控制以向不同的高光像素或 区域提供不同的亮度。在其它实施例中，可以根据方法的组合控制高 光投影仪。例如，高光处理器可以被控制以向图像数据为其指定第一 范围中的亮度的高光像素提供不同的亮度并且以向图像数据为其指定 超过第一范围的亮度的高光像素提供相同的亮度。可以固定或可以改 变第一范围。例如，可变的第一范围可以基于目前适应点、基于被识 别为处于高光区域中的像素的数目、基于被识别为处于高光区域中的 像素的统计值(例如高光像素的最大值、平均值、平均数、等等)、 基于这些的组合等等。
可以以各种方式分布图像数据处理。例如，在一些实施例中，图 像处理系统40与高光投影仪集成以使得直接地向内部导出高光图像 43的高光投影仪提供图像数据42。在一些替换实施例中，在上游执行 处理以使得连同基础图像数据44一起提供高光图像数据43。例如， 高光图像数据43可以被连同基础图像数据44一起编码在流、文件或 其它数据结构这。在此类实施例中，投影仪系统可以被配置以提取高 光图像数据43并且利用基础图像数据43控制高光投影仪同时使得主 投影仪根据基础图像数据44显示图像。
高光投影仪可以采取许多不同的形式。可以被用于高光投影仪的 不同技术的一些示例包括：扫描点投影仪(此类投影仪的一些示例实 施例如上所述)；全息投影仪(例如在光学系统的傅里叶平面中相位 调整光并且从而将光集中以在图像表面上形成图像的投影仪)。
扫描投影仪的替换类型包括在屏幕上产生空间调制的光的条纹 的1D光调制器和跨屏幕18扫描条纹的扫描器。通过非限制示例，1D 调制器可以包括与偏振光束分离器和扫描镜组合的1D偏振调制器。
在图5中示出了另一个示例实施例。图5用示意图地显示包括重 定向光的投影仪的高光投影仪50。此类投影仪的一种一般类型包括通 过应用基于衍射/相位的调制方法将一些区域中的光集中到其它区域 之外的投影仪。此方法有时称为“全息2D投影”。
在图5示出的实施例中，高光投影仪包括相干光源51(在示出的 实施例中，光源51包括激光器51A和光束扩展器51B)、位于投影 仪的光路中的光学傅里叶平面的相位调制面板52、以及根据期望的高 光图像的逆傅里叶变换的实数分量空间地改变相位调制器52的相移 效果的控制器54。控制器54可以被配置为确定与高光图像对应的基 于傅里叶的全息图(有时称计算机生成的全息图)和根据计算机生成 的全息图在相位调制面板52上的不同的位置处设置相位。来自于光源 51的光与根据由控制器54产生的基于傅里叶的全息图控制的相位调 制面板52的相互作用导致高光图像的再创建。透镜22将产生的图像 投影在屏幕18上(图5未显示)。
在一些实施例中，高光投影仪包括具有可变强度的光源的一个或 多个全息投影仪。光源的强度可以被控制以提供对高光图像的显示的 进一步的控制。
在一些实施例中，高光投影仪包括多个全息投影仪，每个投影不 同的颜色的光。例如，一个全息投影仪可以包括红光源51并且被控制 以显示高光图像的红色信道。此类投影仪可以被与包括绿色和蓝色光 源的全息投影仪组合使用并且各自地被控制以对高光图像的绿色和蓝 色信道进行成像。
通过改变相位调制器生成图像的类型的目前投影仪具有如下缺 点，由于相位调制器的有限分辨率和/或因为期望的图像逆傅里叶变换 一般将兼备实部与虚部并且一般相位调制器仅仅执行逆傅里叶变换的 一个部分，因此可能有显著的漏光。在相位调制的光被成像以照射空 间光调制器(诸如DMD阵列、LCOS调制器、LCD面板等等)的实 施例中，在高光投影仪中可以部分地或实质上全部补偿此类漏光。在 此类实施例中，空间调制器可以被操作以通过减少高光区域之外的光 量来清除投影的高光图像。用于此目的的空间调制器可以相同或不同 于用于主投影仪的空间调制器。
通过提供具有高的空间分辨率的相位调制器面板52可以减少漏 光。在一些实施例中，相位调制器面板52具有超过高光图像的空间分 辨率。在一些实施例中，相位调制器面板52的可控制的元件的数目是 高光图像中的像素的数目的9倍或更大。
全息投影仪可以选择性地被配置以将高光图像投影在非平面的 聚焦面上。控制器54可以被配置为生成用于引起聚焦在期望的非平面 上的相位调制器的驱动信号。例如，全息摄影可以被配置以在弯曲屏 幕或空间光调制器上产出聚焦的图像。
在图6A中示出的实施例中，全息投影仪72在被控制以或者重定 向或者清除或吸引高光区域之外的图像区域中的光的空间光调制器 74上投影期望的高光图像。来自空间光调制器74的光然后例如由投 影透镜22成像在屏幕18上。例如可以通过执行全息投影仪72的操作 的模拟来控制空间光调制器以获得由全息投影仪72产生的光的实际 分布的估算。此估算然后与高光图像相比较。比较可以包括，例如确 定估算值与高光图像的比率或差异。根据比较的结果可以控制空间光 调制器74以补偿事实上由全息投影仪72投影的光模式与期望的高光 图像之间的差异。例如可以利用编程的数据处理器、硬配置的逻辑电路和/或可配置的逻辑电路(例如现场可编程门阵列(FPGA))执行 计算估算值。计算可以包括估算由全息投影仪72的相位调制器产生的 相移的光场和计算估算的光场的傅里叶变换。
在一些实施例中，通过在傅里叶平面阻塞DC分量来减少高光区 域之外的光的传播。在图6B显示的示例实施例中，全息投影仪72将 高光图像直接地投影在主投影仪的空间光调制器76上。由光源73也 照射空间光调制器76。
图7用示意图地显示具有替换结构的投影仪60。投影仪60包括 光源62(其不需要是相干光源)。光源62照射诸如模拟DMD镜阵 列之类的2D空间光调制器64。空间光调制器64具有可以将光引向屏 幕18上的不同位置的可控制的元件。在一些实施例中，由聚光透镜66直接地在屏幕18上成像空间光调制器64以提供高光图像。在一些 实施例中，空间光调制器64照射另一个空间光调制器65。例如，空 间光调制器65可以包括也由主投影仪使用的空间光调制器(图7中未 示出)。
在图8中示出了根据进一步替换实施例的高光投影仪80。高光投 影仪80包括照射空间光调制器83的光源82。在示例应用中，空间光 调制器83被控制以使得高光区域之外的全部像素被设置以不使光穿 过屏幕18。因为空间光调制器83不是完美的，由高光区域之外的像 素通过了一些光。观察者可以随着黑电平的增加察觉到此漏光(例如 黑色在整个图像上采取灰色外观)。高光投影仪80包括空间滤波器 84，其在示出的实施例中包括提供于空间光调制器83和屏幕18之间 的光路中的傅里叶平面的屏蔽物85。屏蔽物85阻塞DC空间频率分 量(即，影响显示的图像中的全部像素的信号的分量)从而降低黑电 平同时仍然传递高光。
其中用于主投影仪或全息投影仪的光源包括相干光源的系统可 以包括被配置以减少在投影的图像中的激光散斑的出现的一个或多个 光学部件。可以应用任何适当的减少散斑的技术。例如，在本领域中 已知用于减少激光散斑的许多技术。这些包括诸如提供以下的技术： 在光路中的振动扩散器；使相干光源的相位随机化、以及使相干光源 的偏振随机化。
如此处描述的高光投影仪可以被应用于3D投影系统以及2D投 影系统。在其中观察者戴偏振或光谱敏感的眼镜以使得投影的光的不 同分量导向观察者的左右眼的实施例中，高光投影仪可以是可控制以 发出用于由观察者的左眼、右眼、或两个眼观看的光。在替换中，可 以提供独立的高光投影仪以投影用于用户的左右眼的高光图像。在一 些实施例中，高光投影仪发出具有用于由观看者的左右眼观看的不同 光谱成分的光。例如，如此处描述的投影系统可以被与例如在 WO2008/140787；WO2011/002757；以及US7784938中描述的3D图 像投影系统结合使用；所有通过引用合并于此。
图9显示根据另一个实施例的显示器100。显示器100可以是例 如电视机、计算机显示器、广告显示器等等。可以利用或者不利用高 光投影仪使用显示器100。显示器100包括由背光部件104照射的空 间光调制器面板102。例如,空间光调制器面板102可以包括诸如LCD 控制板的透射型的光调制面板。例如，背光部件104包括如此处描述 的全息投影仪。全息投影仪包括相干光源106、和相位调整面板108。 来自光源106的光由面板108相位调制并且引导在空间光调制器面板 102上。
显示器控制器109接收要被显示的图像、确定期望的背光光分布、 并且控制全息投影仪以将期望的背光光分布投影在空间光调制器面板 102上。期望的背光光分布可以缓慢变化(即，主要由低空间频率构 成)。可以选择性地在傅里叶平面中提供屏蔽物107(其可以是固定 的或是可控制的)以衰减或消除与较高空间频率对应的傅里叶分量。 例如，控制器109可以通过低通空间滤波图像数据、对图像数据应用 模糊滤波、和/或计算图像数据中的局部组像素的局部平均或加权平均 等等来确定期望的背光光分布。用于相位调制面板108的像素的驱动 值可以通过计算期望的背光光分布的逆傅里叶变换确定。
在一些实施例中，控制器计算在空间光调制器面板102处的实际 光分布的估算值。此估算值可以被用于设置空间光调制器面板102的 像素以根据图像数据提供图像。例如，通过将估算的要入射到来自于 背光104的像素上的光的强度与图像数据为该像素指定的光的强度进 行比较，并且设置空间光调制器面板的像素以将入射光的强度减少到 由图像数据指定的强度，来设置空间光调制器面板102的像素的值。 例如，比较可以包括将图像数据除以估算的入射光强度。
计算估算的入射光强度可以包括估算当由控制器建立的驱动信 号驱动时光调制面板108将如何影响来自光源106的光并使用该信息 以计算由信号施加于相位调整面板108引起的光场。在空间光调制器 102处的光场然后可以通过计算光场的傅里叶变换来估算。
在一些实施例中，显示器100包括彩色显示器。在一些此类实施 例中，空间光调制器面板102包括单色的空间光调制器。在此类实施 例中，背光104可以包括三个或更多单色光源(例如红色、绿色和蓝 色激光器)，每个可以被操作以照射相位调制面板108。通过时间复 用不同颜色的图像可以显示图像。例如，可以使用红色光源106基于 图像数据的红色信道显示红色图像。可以接着使用绿色光源106基于 图像数据的绿色信道显示绿色图像并且使用蓝色光源106基于图像数 据的蓝色信道显示蓝色图像。在将相位调制板108的像素设置到来自 光源的相位调制的光中，控制器可以考虑来自于每个光源106的光的 波长。在一些实施例中，背光104包括用于多个原色的每一个的独立 单元(例如全息投影仪)。
不是强制用于驱动高光投影仪的高光图像数据在图像的显示期 间实时由图像数据得出。高光图像数据可以被预先确定并且提供为图 像数据的一部分、或单独地提供。在采用全息高光投影仪的实施例中， 用于控制相位调制面板的图像值可以被预先确定并且提供为图像数据 的一部分。
本发明的某些实施方式包括执行引起处理器执行本发明的方法 的软件指令的计算机信息处理器。例如，显示器系统中的一个或多个 处理器可以执行如此处描述的执行在处理器可访问的程序存储器中的 软件指令(其可以是或包括固件指令)的图像处理方法。也可以以程 序产品的形式提供本发明。程序产品可以包括携带包括当由数据处理 器执行时引起数据处理器执行本发明的方法的指令的一组非暂时的计 算机可读信号的任何媒介。根据本发明的程序产品可以以多种形式中 的任何一个。例如，程序产品可以包括诸如包括软磁盘、硬盘驱动器 的磁数据存储媒介、包括CD ROM、DVD的光数据存储媒介、包括ROM、PROM、EPROM、闪速RAM的电子数据存储媒介之类的物 理媒介，等等。可以选择性地压缩或加密程序产品上的计算机可读信 号。
当上面提到组件(例如软件模块、处理器、部件、设备、电路、 等等)时，除非另有陈述，对组件的提及(包括对“方法”的提及) 应该解释为包括执行描述的组件的功能的任何组件的组件的相等物， (即，功能上是相等)，包括结构上不等于执行本发明示出的示范实施例的功能的公开的结构的组件。
虽然许多示范性方面和实施例已经在上面进行了讨论，但是本领 域技术人员将理解它们的某些修改、置换、相加和子组合。因此预期 解释下列附加权利要求书和此后引入的权利要求书被解释为包括在它 们的真正精神和范围之内的所有这样的修改、置换、相加和子组合。

Claims (10)

1.一种高光投影仪，包括：
波前调制器；
幅度调制器；
相干光源，被配置为照射波前调制器；
控制器，被配置为激励波前调制器以引起相干光的波前调制以便引起相干光中的干涉图样以便生成平滑变化的图像，所述平滑变化的图像仅包括在幅度调制设备处的期望图像的高光。
2.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中波前调制器是LCOS调制器，幅度调制器是DMD，并且所述仅包括高光的平滑变化的图像是要被显示的最终图像的小的百分比。
3.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中幅度调制器幅度调制所述平滑变化的图像。
4.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中幅度调制器幅度调制所述平滑变化的图像和与所述平滑变化的图像对准的基础图像。
5.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中幅度调制器幅度调制仅包括要被显示的最终图像的小百分比的像素的所述平滑变化的图像，并且幅度调制器幅度调制与所述平滑变化的图像对准的基础图像。
6.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中所述控制器根据图像数据、在空间光调制面板处的波前调制后的光、和包括与图像有关的像素亮度的直方图，来激励空间光调制面板。
7.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中控制器被配置为通过计算期望的光分布的逆傅里叶变换来确定波前调制器的像素的驱动值。
8.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中控制器被配置为计算在空间光调制面板处的实际光分布的估算值并且使用此估算值来设置空间光调制面板的像素以根据图像数据提供图像。
9.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中空间光调制面板的像素值通过以下方式来设置：将估算的要从波前调制器入射到该像素上的光的强度与图像数据为该像素指定的光的强度进行比较，并且设置空间光调制器面板的像素以将入射光的强度减少到由图像数据指定的强度。
10.根据权利要求1所述的高光投影仪，其中来自于波前调制器的光的强度是基于该像素处的逆傅里叶变换来计算的。
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