專(zhuān)利名稱(chēng)：具有兩個(gè)二元空間光調(diào)制器的顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子顯示器，如計(jì)算機(jī)顯示器、電視機(jī)顯示器、數(shù)字電影投影機(jī)、家庭 影院顯示器、用于交通工具(如飛機(jī)、船、卡車(chē)、小汽車(chē)等)的模擬裝置中的顯示器、游戲系 統(tǒng)顯示器、仿真型娛樂(lè)乘具中的顯示器、數(shù)字相框、HDTV監(jiān)視器、高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)成像系 統(tǒng)等。本發(fā)明尤其涉其中光被調(diào)制成兩個(gè)狀態(tài)的顯示器。
背景技術(shù)：
電子顯示器在廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。一些電子顯示器具有空間光調(diào)制器。響應(yīng) 于圖像數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)空間光調(diào)制器的元件進(jìn)行控制，以產(chǎn)生觀(guān)看者可以觀(guān)察的圖像。一些空間 光調(diào)制器的元件是具有兩個(gè)狀態(tài)的“二元”元件。在一個(gè)狀態(tài)中，元件將光傳遞到觀(guān)看區(qū)域， 而在另一個(gè)狀態(tài)中，元件不將光傳遞到觀(guān)看區(qū)域。數(shù)字微鏡器件(DMD)是二元空間光調(diào)制器的一個(gè)例子。DMD提供了反射鏡陣列。 每個(gè)反射鏡可以在兩個(gè)狀態(tài)之間切換。反射鏡的狀態(tài)可以判斷在反射鏡的位置入射到DMD 上的光是否沿著可以將其導(dǎo)向至觀(guān)看區(qū)域的路徑傳遞。當(dāng)反射鏡處于“ON”狀態(tài)時(shí)，光被引 導(dǎo)至觀(guān)看區(qū)域中對(duì)應(yīng)于反射鏡的位置。當(dāng)反射鏡處于“OFF”狀態(tài)時(shí)，沿不會(huì)將光導(dǎo)向至觀(guān) 看區(qū)域的路徑來(lái)引導(dǎo)光。通常處于OFF狀態(tài)的光被引導(dǎo)至熱沉。二元空間光調(diào)制器的元件可以通過(guò)快速開(kāi)啟和關(guān)閉而被控制以顯示中間亮度值。 通過(guò)調(diào)節(jié)元件處于ON和OFF狀態(tài)的相對(duì)時(shí)間量可以改變觀(guān)察者察覺(jué)到的亮度。一些顯示器提供串行光調(diào)制器。在這種顯示器中，通過(guò)第一和第二光調(diào)制器對(duì)光 進(jìn)行串行調(diào)制。顯示器的例子在PCT專(zhuān)利公布No. W02003/077013和美國(guó)專(zhuān)利No. 6891672 中描述。PCT專(zhuān)利公布NO.W02003/077013描述了具有可控發(fā)光元件陣列的光源以及具有用 于對(duì)來(lái)自光源的光進(jìn)行調(diào)制的可控透射率元件陣列的空間光調(diào)制器。美國(guó)專(zhuān)利No. 6891672 描述了串聯(lián)排列的第一和第二空間光調(diào)制器，用于對(duì)來(lái)自光源的光進(jìn)行調(diào)制。每個(gè)空間光 調(diào)制器具有可控像素陣列，其中，一個(gè)空間光調(diào)制器的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于另一個(gè)空間光調(diào)制 器的多個(gè)像素。需要能夠提供高圖像質(zhì)量的節(jié)省成本的顯示器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有多個(gè)方面。本發(fā)明的一方面提供一種顯示器。該顯示器例如可以包括 計(jì)算機(jī)顯示器、電視機(jī)、數(shù)字投影機(jī)等。該顯示器包括能夠?qū)⒐庖龑?dǎo)至第一空間光調(diào)制器上 的光源。第一空間光調(diào)制器包括可以在ON和OFF狀態(tài)之間切換的多個(gè)第一元件。該顯示 器具有傳遞光器件，其被設(shè)置成將由第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光引導(dǎo)至第二空間光調(diào)制 器上；以及驅(qū)動(dòng)器，其被配置成基于圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生分別用于第一和第二空間光調(diào)制器的第 一和第二控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器被配置成基于圖像數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生圖案。該圖案具有空間變化的密 度。該圖案可以包括例如從圖像數(shù)據(jù)得到的空間抖動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器被配置成產(chǎn)生第一控制信號(hào)， 以便根據(jù)圖案來(lái)設(shè)置第一空間光調(diào)制器的元件。傳遞光器件的特征在于傳遞功能部，其使得在第二空間光調(diào)制器處、源于第一空間光調(diào)制器的光變得模糊。第二空間光調(diào)制器也可以包括能夠在ON和OFF狀態(tài)之間切換的多個(gè)元件。在這種 情況下，驅(qū)動(dòng)器可以被配置成在一個(gè)圖像幀期間將第二空間光調(diào)制器的元件在其ON和OFF 狀態(tài)之間切換多次。例如可以根據(jù)二元脈寬調(diào)制方案來(lái)進(jìn)行對(duì)第二空間光調(diào)制器的元件的 切換。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器被配置成估計(jì)第二空間光調(diào)制器處的對(duì)應(yīng)于圖案的光 場(chǎng)，以及使第二控制信號(hào)基于光場(chǎng)。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種顯示器，包括用于產(chǎn)生光的裝置；用于對(duì)光進(jìn)行 二元調(diào)制的第一裝置，該第一裝置包括可以在ON和OFF狀態(tài)之間切換的多個(gè)第一元件；用 于使通過(guò)第一裝置調(diào)制的光變得模糊并將該模糊的光引導(dǎo)至二元空間光調(diào)制器上的裝置； 用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生用于第一裝置的第一控制信號(hào)的裝置，用于產(chǎn)生第一控制信號(hào)的 裝置包括基于圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖案的裝置，該圖案具有空間變化的密度；以及用于根據(jù)圖像 數(shù)據(jù)產(chǎn)生用于二元空間光調(diào)制器的第二控制信號(hào)的裝置。本發(fā)明的另一方面提供一種用于顯示圖像的方法。該方法包括根據(jù)基于圖像的二 元圖案來(lái)設(shè)置第一二元空間光調(diào)制器的元件。該圖案具有空間變化的密度。該方法這樣進(jìn) 行將第一二元光調(diào)制器的圖像變得模糊并將其傳送到第二空間光調(diào)制器，以在第二空間 光調(diào)制器處產(chǎn)生光場(chǎng)；利用第二空間光調(diào)制器調(diào)制光場(chǎng)以重現(xiàn)該圖像。在一些實(shí)施例中，利用第二空間光調(diào)制器調(diào)制光場(chǎng)包括通過(guò)將第二空間光調(diào)制 器的元件在ON和OFF狀態(tài)之間切換來(lái)進(jìn)行光場(chǎng)的時(shí)間抖動(dòng)。一些實(shí)施例包括計(jì)算對(duì)應(yīng)于圖案的光場(chǎng)的估計(jì)，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)和光場(chǎng)的估計(jì)來(lái) 控制第二空間光調(diào)制器。計(jì)算得到的估計(jì)可以考慮特征在于模糊的傳遞功能部。本發(fā)明的另一方面提供一種用于包括第一和第二空間光調(diào)制器的顯示器的控制 器。該控制器被配置成產(chǎn)生用于第一空間光調(diào)制器的第一控制信號(hào)，用以根據(jù)基于圖像的、 具有空間變化的密度的二元圖案將第一空間光調(diào)制器的多個(gè)元件中的每個(gè)設(shè)置成ON或 OFF狀態(tài)；并產(chǎn)生用于第二空間光調(diào)制器的第二控制信號(hào)，以在ON和OFF狀態(tài)之間切換第 二空間光調(diào)制器的多個(gè)元件中的每個(gè)，用以進(jìn)行入射到元件上的光的時(shí)間抖動(dòng)。第二控制 信號(hào)響應(yīng)于由第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光的估計(jì)光場(chǎng)以及圖像數(shù)據(jù)。以下對(duì)本發(fā)明的其它方面以及本發(fā)明的特定實(shí)施例的特征進(jìn)行描述。


附圖示出了本發(fā)明的非限制性實(shí)施例。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的簡(jiǎn)單實(shí)施例的單色顯示器的示意圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于顯示圖像的方法的流程圖；圖3A示出了具有不同亮度級(jí)的部分的圖像；圖:3B示出了用于表示圖3A中所示的 圖像的抖動(dòng)圖案(dithering pattern)的例子；圖4是示出了各種特征隨圖像中位置的變化的圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的、連接以控制兩個(gè)空間光調(diào)制器的用于顯示 器的控制器的框圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的彩色顯示器的示意圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的彩色顯示器的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的控制器的框圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的彩色顯示器的示意圖。
具體實(shí)施例方式貫穿以下描述，對(duì)特定細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述以便于更加徹底地理解本發(fā)明。然而在沒(méi)有 這些細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)施本發(fā)明。在其它情況下，未對(duì)已知的元件進(jìn)行詳細(xì)顯示或描 述以避免不必要的混淆本發(fā)明。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的單色顯示器10。顯示器10包括光源12。 來(lái)自光源12的光13照射第一空間光調(diào)制器14。光源12例如可以包括·激光器；·氙氣燈；·激光二極管或其它固態(tài)光發(fā)射器陣列；·弧光燈；等等。第一空間光調(diào)制器14包括多個(gè)可控元件16?？梢酝ㄟ^(guò)合適的控制電路18將元件 16在ON和OFF狀態(tài)之間切換。當(dāng)元件16處于ON狀態(tài)時(shí)，元件16允許射到該元件上的入 射光13傳遞到第二空間光調(diào)制器20的相應(yīng)區(qū)域。當(dāng)元件16處于OFF狀態(tài)時(shí)，從元件16 傳遞到第二空間光調(diào)制器20的相應(yīng)區(qū)域的光量減少。理想地，當(dāng)元件16處于OFF狀態(tài)時(shí)， 基本上沒(méi)有光從元件16到達(dá)第二空間光調(diào)制器20的相應(yīng)區(qū)域?？梢砸院芏喾N方式來(lái)實(shí)現(xiàn)第一空間光調(diào)制器14。在一些實(shí)施例中，第一空間光調(diào) 制器14包括DMD。在其它實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14包括可以通過(guò)其它機(jī)制在ON和 OFF狀態(tài)之間切換的光反射或透射元件陣列。例如，在一些這種實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制 器14包括IXD板、LCOS芯片等。在其它實(shí)施例中，光源12和第一空間光調(diào)制器14的功能 被結(jié)合。在這種實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14可以包括可以被切換成開(kāi)啟或關(guān)閉(或在 發(fā)光狀態(tài)和暗狀態(tài)之間切換)的光源(如激光器)陣列。第二空間光調(diào)制器20包括多個(gè)可控元件22?？梢钥刂泼總€(gè)可控元件22以從第一 空間光調(diào)制器14入射到元件22上的光25選擇一定比例的光傳輸?shù)接^(guān)看區(qū)域?？梢酝ㄟ^(guò)任何合適的技術(shù)來(lái)提供第二空間光調(diào)制器22，例如·液晶顯示(LCD)板；·硅基液晶(LC0Q芯片；·微鏡陣列；·磁光器件； 光閥等。在一些實(shí)施例中，第二空間光調(diào)制器20包括可以在ON和OFF狀態(tài)之間切換的光 反射或透射元件。在這種實(shí)施例中，第二空間光調(diào)制器20可以由其元件被設(shè)置成ON或OFF 的控制器來(lái)控制。在一些實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14和第二空間光調(diào)制器20每個(gè)包括DMD或 其它可控微鏡的二維陣列。這種實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，可以相對(duì)便宜地獲得DMD并且當(dāng)前對(duì)合 并DMD的器件的設(shè)計(jì)和制造存在廣泛支持。
傳遞光器件沈?qū)⒐?5從第一空間光調(diào)制器14傳送到第二空間光調(diào)制器20。當(dāng) 第一空間光調(diào)制器14的所有元件16為ON時(shí)，光25能夠照射第二光光調(diào)制器20的整個(gè)有 效區(qū)域。光25可以散布越過(guò)第二空間光調(diào)制器20的邊緣。傳遞光器件沈使光25變得模糊。傳遞光器件沈的特征在于傳遞功能部，該傳遞 功能部至少接近于從第一空間光調(diào)制器14的一點(diǎn)發(fā)出的光25如何遍布于第二空間光調(diào) 制器20。入射到第二光調(diào)制器20上的光的圖案可以根據(jù)第一調(diào)制器14的配置(即，根據(jù) 哪些元件16為ON而哪些元件15為OFF)以及傳遞功能部來(lái)估計(jì)和確定?？梢岳斫?，由于通過(guò)傳遞光器件沈引入的模糊，入射到第二空間光調(diào)制器20的任 何元件22上的光25可以由第一空間光調(diào)制器14的多個(gè)元件16產(chǎn)生?？梢载暙I(xiàn)大量的光 來(lái)照射第二空間光調(diào)制器20的元件22的第一空間光調(diào)制器14的元件16的數(shù)量主要取決 于第一空間光調(diào)制器14的元件16的尺寸以及傳遞功能部的寬度。在一些實(shí)施例中，第一和第二空間光調(diào)制器14和20具有相同或相似的可控元件 數(shù)量。在一些實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14具有的可控元件16顯著少于第二空間光調(diào) 制器20具有的可控元件22。在一些實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14包括大約140到大約 1600個(gè)元件16的陣列。其中，第一和第二空間光調(diào)制器具有不同的空間分辨率，在一些實(shí) 施例中，第二空間光調(diào)制器具有更高的分辨率，而在一些實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器具有 更高的分辨率。在一些實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14的可控元件16被排列成規(guī)則陣列。該陣 列可以是矩形的，并且可以包括M行和N列可控元件16。在一些實(shí)施例中，第二空間光調(diào)制 器20的可控元件22被排列成規(guī)則陣列。例如，該陣列可以是矩形的，并且可以包括P行和 Q列。在一些實(shí)施例中，第二空間光調(diào)制器20具有比例為16 9的寬度和高度。一些實(shí)施例利用以下事實(shí)在相同面積中具有較少元件的DMD或其它空間光調(diào)制 器可以比在相同面積中具有較多元件的DMD或其它空間光調(diào)制器具有更高的填充因數(shù)。這 樣，較低分辨率的第一空間光調(diào)制器可以傳遞到第二空間光調(diào)制器的最大光量可以比可以 由較高分辨率的空間光調(diào)制器傳遞的最大光量更大。在一些實(shí)施例中，第一和第二空間光調(diào)制器中的較低分辨率的一個(gè)的光填充因數(shù) 至少為85%。在一些實(shí)施例中，第一和第二空間光調(diào)制器兩者的光填充因數(shù)至少為85%。在一些實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14的元件16的總數(shù)至少是第二空間光調(diào)制 器20中的元件22的總數(shù)的二分之一到四分之一。由傳遞光器件沈引入的模糊減少或消 除了由第一空間光調(diào)制器14的低分辨率導(dǎo)致的“成塊”。傳遞光器件沈可以包括任何適當(dāng)排列的透鏡、反射鏡、漫射器等，其將源于第一 空間光調(diào)制器14 (主要是在其ON狀態(tài)的元件16)的光25傳送到第二空間光調(diào)制器20。合 適的傳遞光器件26的一些例子是·將第一調(diào)制器14的離焦圖像投影到第二調(diào)制器20上的透鏡或透鏡系統(tǒng)；·與漫射器結(jié)合的透鏡或透鏡系統(tǒng)。有利的是，提供一種光學(xué)系統(tǒng)沈，其傳遞功能部對(duì)于第一調(diào)制器14的所有元件基 本相同。但是，如果失真可以被特征化，則可以使用引入模糊和失真兩者的光學(xué)系統(tǒng)26。還 有利的是，提供一種光學(xué)系統(tǒng)26，其傳遞功能部為圓對(duì)稱(chēng)。但是，可以使用具有更加復(fù)雜的傳遞功能部的光學(xué)系統(tǒng)26，只要該傳遞功能部可以被適當(dāng)?shù)靥卣骰?。如以下所討論的，一些?shí)施例針對(duì)第一調(diào)制器14的不同配置來(lái)估計(jì)第二調(diào)制器 20處的光的分布。在這些實(shí)施例中，希望提供特征在于在較小區(qū)域上進(jìn)行模糊的傳遞功能 部的傳遞光器件26，因?yàn)檫@樣降低了用于估計(jì)所產(chǎn)生的第二空間光調(diào)制器20處的光場(chǎng)的 計(jì)算要求。在一些示例實(shí)施例，通過(guò)特征在于大于第一空間光調(diào)制器14的相鄰元件16之 間的間距的標(biāo)準(zhǔn)偏差的空間低通濾波器或平滑算子，可以使得傳遞光器件沈的傳遞功能 部接近可接受的精確度。其中，顯示器10是投影類(lèi)顯示器，適當(dāng)?shù)耐队巴哥R觀(guān)將來(lái)自第二空間光調(diào)制器20 的光聚焦到屏四上用于觀(guān)看。屏四可以包括前投影屏或后投影屏。在示例實(shí)施例中，第一和第二調(diào)制器14和20每個(gè)包括DMD，光源12包括激光光 源。圖2示出了用于使用如顯示器10的顯示器來(lái)顯示圖像的方法40。在塊42中，提 供圖像數(shù)據(jù)43。圖像數(shù)據(jù)43限定了要使用顯示器10來(lái)顯示的圖像。例如，圖像數(shù)據(jù)可以 針對(duì)第二空間光調(diào)制器20的每個(gè)元件指定根據(jù)位置的希望的亮度。圖像數(shù)據(jù)43可以包括 視頻序列幀、靜止圖像等?？梢砸匀魏魏线m的格式來(lái)表示圖像數(shù)據(jù)?？梢员硎緢D像數(shù)據(jù)的 一些示例性格式為· JPEG· JPEG-HDR· TIFF· GIF· OpenEXR· Artizen 文件格式· Radiance 文件格式· PNG (便攜式網(wǎng)絡(luò)圖形) 位圖(例如，BMP)· JPEG2000· MPEG· MPEG-HDR.DPX格式(ANSI/SMPTE 268M-1994，用于數(shù)字活動(dòng)圖像交換(DPX)的文件格式的 SMPTE 標(biāo)準(zhǔn)，版本 1. 0，1994. 2. 18).DCI數(shù)字電影格式· Cineon 格式等在一些實(shí)施例中，該格式是提供每像素大于M比特的高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)格式。在塊44到50中，方法40得到用于第一空間光調(diào)制器14的元件16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？?以應(yīng)用該驅(qū)動(dòng)信號(hào)按適于再現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)43的圖像的模式將每個(gè)元件16設(shè)置為ON或OFF。 塊44確定應(yīng)該為要被投影到屏四上的輸出圖像的每個(gè)不同區(qū)域提供的灰度亮度級(jí)。這些 區(qū)域中對(duì)每個(gè)對(duì)應(yīng)于第一空間光調(diào)制器14的一個(gè)區(qū)域。第一空間光調(diào)制器14的這些區(qū)域 中的每個(gè)包含多個(gè)元件16。塊44例如可以包括對(duì)由圖像數(shù)據(jù)43限定的圖像中與輸出圖像 的每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的各部分的像素值一起進(jìn)行平均。
塊46確定可以應(yīng)用于第一空間光調(diào)制器14的元件的ON和OFF狀態(tài)的圖案，使得 在第一空間光調(diào)制器14的每個(gè)區(qū)域中，ON元件16的比例隨在塊44中確定的相應(yīng)的灰度 亮度級(jí)水平而變化。例如，對(duì)于與圖像的亮部對(duì)應(yīng)的區(qū)域，該圖案可以指定在第一空間光調(diào) 制器14的相應(yīng)區(qū)域中的所有元件16應(yīng)該為ON。對(duì)于與圖像的暗部對(duì)應(yīng)的區(qū)域，該圖案可 以指定在第一空間光調(diào)制器14的相應(yīng)區(qū)域中的大部分或所有元件16應(yīng)該為OFF。當(dāng)圖案的某一區(qū)域?qū)?yīng)于中間亮度時(shí)，則該區(qū)域中的適當(dāng)比例的元件16為ON而 其余為OFF。在這種情況下，希望ON元件16合理地均勻地分布于該區(qū)域。例如，該區(qū)域中 的元件16可以根據(jù)具有所需的ON元件16與OFF元件16比例的合適的抖動(dòng)圖案來(lái)分布。抖動(dòng)圖案例如可以通過(guò)以下方式來(lái)產(chǎn)生·對(duì)于圖像的每個(gè)像素，產(chǎn)生指示應(yīng)該允許多少亮度傳遞到觀(guān)看者的亮度圖；·對(duì)亮度圖進(jìn)行增強(qiáng)以產(chǎn)生增強(qiáng)的亮度圖；·將增強(qiáng)的亮度圖下采樣為與第一空間光調(diào)制器14的分辨率匹配的分辨率，以產(chǎn) 生下采樣的灰度圖像；以及·對(duì)產(chǎn)生的下采樣的灰度圖像進(jìn)行抖動(dòng)以產(chǎn)生二元圖像。對(duì)亮度圖進(jìn)行增強(qiáng)是希望保證有充分的光在第二空間光調(diào)制器20的每個(gè)元件 處，從而由圖像數(shù)據(jù)43指定的光量可以傳遞到觀(guān)看者。可以按任何適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行抖動(dòng)。抖動(dòng)軟件和硬件可從商業(yè)上得到。在一些實(shí)施 例中，對(duì)于第一空間光調(diào)制器14上的元件16的塊進(jìn)行抖動(dòng)。例如，在16X 16的元件16的 塊上執(zhí)行抖動(dòng)可以產(chǎn)生光輸出，該光輸出按照256梯級(jí)變化，從塊中的全部256個(gè)元件均為 OFF的無(wú)輸出(除了任何泄漏光之外)到塊中的全部256個(gè)元件均為ON的最大輸出級(jí)。抖 動(dòng)可以包括在表中或其它合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中查找預(yù)定的抖動(dòng)圖案，或通過(guò)應(yīng)用合適的抖動(dòng) 算法來(lái)計(jì)算提供ON元件16的合適密度的抖動(dòng)圖案?？梢栽谲浖?、硬件或其適當(dāng)?shù)慕M合中 實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)算法。一些示例性的抖動(dòng)算法包括 將圖像劃分成多個(gè)分片，將舍入偏量(rounding bias)分配給分片中的每個(gè)像素 位置，將舍入偏量加到像素值上，然后對(duì)得到的值進(jìn)行四舍五入。于是，分片中每個(gè)像素具 有高值(例如“1”或0N)或低值(例如“0”或OFF)?！?Floyd-Steinberg 抖動(dòng)算法。 平均抖動(dòng)(其例如可以包括選擇像素閾值(其可以是圖像像素的平均值)，然后 基于像素的值大于閾值還是小于閾值將像素量化為低值或高值(例如0或1))，并將其用作 確定像素是否應(yīng)該被量化成0或1的全局閾值?？梢酝ㄟ^(guò)任何適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)處理像素值等 于閾值的情況。在一個(gè)實(shí)施例中，值在閾值之上的所有像素被量化為1，而所有其它像素被 量化為0值?！るS機(jī)抖動(dòng)。 誤差擴(kuò)散抖動(dòng)· Veryovka-Buchanan 抖動(dòng)算法· Riemersma 抖動(dòng)等Matlab 和其它計(jì)算和/或圖像處理軟件包包括可以用在本發(fā)明的實(shí)施例中的實(shí) 現(xiàn)抖動(dòng)算法的軟件。
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圖3A示出了被劃分成多個(gè)部分57A、58A、59A和60A(每個(gè)部分畫(huà)有不同陰影以表 示各種灰度亮度級(jí)水平)的圖像陽(yáng)。部分57A處于最大(即100%)亮度級(jí)，部分58A處 于50%的亮度級(jí)、部分59A處于67%的亮度級(jí)，而部分60A處于最小(即0% )的亮度級(jí)。圖:3B示出了抖動(dòng)圖案56的一個(gè)例子，該抖動(dòng)圖案56可以應(yīng)用于第一空間光調(diào)制 器14以產(chǎn)生具有包括圖3A中所示的亮度級(jí)的各部分的光場(chǎng)。抖動(dòng)圖案56具有區(qū)域57B、 58B、59B和60B，每個(gè)區(qū)域具有8X8的像素陣列。每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于第一空間光調(diào)制器14中 的元件16中的一個(gè)，每個(gè)像素可以被設(shè)置成0N(示為無(wú)陰影像素)或0FF(示為有陰影像 素)。圖像55(圖3A)的一部分的亮度級(jí)確定了抖動(dòng)圖案56 (圖3B)的對(duì)應(yīng)區(qū)域中的ON 或OFF狀態(tài)中的像素比例。在區(qū)域57B中，所有像素被設(shè)置成0N，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于部分57A的 最大亮度級(jí)。在區(qū)域60B中，所有像素被設(shè)置成OFF，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于部分60A的最小亮度級(jí)。 在區(qū)域58B中，50%的像素被設(shè)置成0N，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于部分58A的亮度級(jí)。在區(qū)域59B中， 67%的像素被設(shè)置成0N，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于部分59A的亮度級(jí)。除了圖;3B中所示的抖動(dòng)圖案之外，各種其它的抖動(dòng)圖案可以用于表示圖3A中所 示的圖像。例如，在區(qū)域58B中，不同的像素組合可以被設(shè)置成ON(該組合包括區(qū)域58B中 的總像素的50% )以將該區(qū)域的平均亮度級(jí)保持在50%。如果第一調(diào)制器14的元件根據(jù)在塊46中確定的圖案來(lái)設(shè)置，則塊48預(yù)測(cè)將入射 到第二光調(diào)制器20的每個(gè)元件22上的光25的量。該預(yù)測(cè)例如可以通過(guò)以下方式來(lái)進(jìn)行 將近似于傳遞光器件26的傳遞功能部的數(shù)學(xué)函數(shù)應(yīng)用于光的圖案，通過(guò)根據(jù)在塊46中確 定的圖案來(lái)設(shè)置元件16而在第一空間光調(diào)制器14處產(chǎn)生該光的圖案。塊48的光場(chǎng)估計(jì)可以按各種細(xì)節(jié)等級(jí)來(lái)進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，塊48的光場(chǎng)估 計(jì)可以包括(如果必要)將在塊46中產(chǎn)生的空間抖動(dòng)圖像上采樣為與第二空間光調(diào)制器 20的分辨率匹配或超過(guò)其分辨率的分辨率，并對(duì)該結(jié)果應(yīng)用平滑函數(shù)，如模糊濾波器(blur filter)或低通濾波器。在一些實(shí)施例中，模糊濾波器具有小的內(nèi)核(kernel)，如3X3或 5X5的內(nèi)核。在一些實(shí)施例中，模糊濾波器具有不超過(guò)5X5的內(nèi)核。平滑函數(shù)近似于光器 件26的傳遞功能部。塊50確定允許通過(guò)第二光調(diào)制器20的每個(gè)元件22的入射光25的比例以產(chǎn)生希 望的圖像。塊50例如可以包括通過(guò)如在塊48中估計(jì)的元件22處的光25的亮度將由圖 像數(shù)據(jù)43指定的用于元件22的亮度值進(jìn)行劃分，以產(chǎn)生指示元件22應(yīng)該將入射光25減 弱多少的值。所產(chǎn)生的一系列值可以被稱(chēng)為“校正遮罩”，這是因?yàn)槠鋵?duì)入射到第二空間光 調(diào)制器25上的模糊光場(chǎng)進(jìn)行校正以產(chǎn)生希望的圖像。塊50可選擇地可以包括對(duì)校正遮罩 進(jìn)行銳化操作。在塊52中，在塊46中得到的圖案被用于驅(qū)動(dòng)第一調(diào)制器14的元件16，并且在塊 54中，在塊50中得到值被用于驅(qū)動(dòng)第二調(diào)制器20的元件22。塊52和M同時(shí)進(jìn)行。在第二調(diào)制器20包括DMD或具有二元元件22的其它調(diào)制 器的情況下，塊討可以包括改變?cè)?2處于其ON狀態(tài)的時(shí)間比例，例如·可以根據(jù)合適的脈寬調(diào)制(PWM)方案來(lái)驅(qū)動(dòng)元件22 ；·可以根據(jù)元件22在取決于相應(yīng)值的若干脈沖的每一時(shí)間段中被切換為ON的方 案來(lái)驅(qū)動(dòng)元件22 ；
元件22可以在每一時(shí)間段的開(kāi)始變?yōu)?N，然后在該時(shí)間段過(guò)去取決于相應(yīng)值的 一部分之后切換為OFF，等等。第一調(diào)制器14的元件16可以保持設(shè)置為其ON或OFF狀態(tài)，只要適于顯示該圖像。在示例性實(shí)施例中，第一空間光調(diào)制器14在一幀期間基本連續(xù)地顯示空間抖動(dòng) 圖案，傳輸光器件26使得來(lái)自第一空間光調(diào)制器14的光變模糊并將其投影到第二空間光 調(diào)制器20上，以在第二空間光調(diào)制器20上產(chǎn)生模糊的灰度圖像，并且第二空間光調(diào)制器的 元件在該幀期間在其ON和OFF狀態(tài)之間切換以允許希望的光量到達(dá)觀(guān)看者。如果需要，可以通過(guò)響應(yīng)于要被顯示的圖像的最亮部分而控制光源12的亮度來(lái) 選擇性地?cái)U(kuò)充方法40。在整個(gè)圖像是暗的或者不具有任何非常亮的部分的情況下，則可以 降低光源12的光強(qiáng)。對(duì)于包括亮區(qū)域的圖像，光源12可以操作于其全光強(qiáng)的狀態(tài)。圖4針對(duì)延伸跨越示例性圖像的某一區(qū)域的線(xiàn)示出了以下曲線(xiàn)·曲線(xiàn)60，代表原始圖像數(shù)據(jù)；·曲線(xiàn)61，代表空間抖動(dòng)圖像(如果傳遞光器件沈?qū)⒌谝豢臻g光調(diào)制器14的圖 像聚焦到第二空間光調(diào)制器20上，則該空間抖動(dòng)圖像出現(xiàn)在第二空間光調(diào)制器20上)；·曲線(xiàn)62，代表由通過(guò)傳遞光器件沈?qū)臻g抖動(dòng)圖像中的光進(jìn)行散布而產(chǎn)生的第 二空間光調(diào)制器20處的亮度圖像；·曲線(xiàn)63，代表第二空間光調(diào)制器20的元件的透射水平；·曲線(xiàn)64，代表已經(jīng)被銳化的第二空間光調(diào)制器20的元件的透射水平；以及·曲線(xiàn)65(其與曲線(xiàn)60相符，代表顯示的圖像)。可以利用很多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)合并了這里描述的一些或全部構(gòu)思的顯示器。有利 地，第一空間光調(diào)制器14不需要無(wú)缺陷。即使偶然的個(gè)別元件16停留在其ON或OFF配置 中，由傳遞光器件26引入的模糊能保證少量的這種個(gè)別元件的缺陷對(duì)于產(chǎn)生的圖像不會(huì) 具有大的不利效果。如果希望明確地容納有缺陷的元件，則可以進(jìn)行一些選擇，包括·維護(hù)指示任何有缺陷的元件16的狀態(tài)的缺陷圖，并在進(jìn)行光場(chǎng)估計(jì)(例如在塊 48中)時(shí)考慮這些狀態(tài)；以及·維護(hù)指示任何有缺陷的元件16的狀態(tài)的缺陷圖，并安排ON元件16的圖案以考 慮這些有缺陷的狀態(tài)。例如，如果塊46確定，在第一空間光調(diào)制器14的具體區(qū)域中，一半 的元件16應(yīng)該為0N，而另一半的元件16應(yīng)該為OFF，則塊46可以包括試圖將區(qū)域中停留 在ON的那些有缺陷的元件包括在圖案中作為0N，并將區(qū)域中停留在OFF的那些有缺陷的像 素包括在圖案中作為OFF。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示器控制器70。顯示器控制器70例如可以 用于驅(qū)動(dòng)顯示器10的第一和第二空間光調(diào)制器。顯示器控制器70具有輸入端72，其接收 用于限定要被顯示的圖像的圖像數(shù)據(jù)43。編解碼器74從圖像數(shù)據(jù)43中提取圖像的幀75。 幀75由指定亮度值或?qū)τ趲械拿總€(gè)位置(X，y)均相等的數(shù)據(jù)構(gòu)成。構(gòu)成該幀的數(shù)據(jù)可 用于抖動(dòng)引擎76和校正遮罩發(fā)生器78。抖動(dòng)引擎76以對(duì)應(yīng)于幀75的第一空間光調(diào)制器14的分辨率建立空間抖動(dòng)圖案 77。圖案77可用于光場(chǎng)模擬器80和第一空間光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路82。光場(chǎng)模擬器80估計(jì)在第二空間光調(diào)制器20處對(duì)應(yīng)于圖案77的光場(chǎng)。估計(jì)79可 用于校正遮罩發(fā)生器78。校正遮罩發(fā)生器78計(jì)算用于第二空間光調(diào)制器20的元件22的希望的透射值，以產(chǎn)生校正遮罩81，該校正遮罩81可用于第二空間光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路84。 校正遮罩發(fā)生器78至少部分地基于幀數(shù)據(jù)75和光場(chǎng)估計(jì)79來(lái)產(chǎn)生校正遮罩81。第一空間光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路82被配置成將第一空間光調(diào)制器14的元件16設(shè)置 成如圖案77所指定的ON或OFF，并在一幀的時(shí)間中將這些元件保持在所選狀態(tài)。第二空間 光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路84被配置成將第二空間光調(diào)制器20的元件設(shè)置成具有如校正遮罩81 所指示的透射值。在第二空間光調(diào)制器20包括DMD的情況下，第二空間光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路 84可以將元件22在其ON和OFF狀態(tài)之間快速切換，使得對(duì)于每個(gè)元件來(lái)說(shuō)，ON時(shí)間和OFF 時(shí)間之間的比對(duì)應(yīng)于如在校正遮罩81中指定的元件的透射值。第二空間光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電 路84例如可以包括PWM DMD驅(qū)動(dòng)器電路。用于驅(qū)動(dòng)DMD的電路可從商業(yè)上得到。一個(gè)例 子是可從德州儀器獲得的DMD Discovery 芯片集。時(shí)序系統(tǒng)86協(xié)調(diào)裝置70的操作，使得在一幀的時(shí)間內(nèi)用于該幀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò) 驅(qū)動(dòng)電路82和84分別被施加到第一和第二空間光調(diào)制器14、20。在整個(gè)一幀中驅(qū)動(dòng)第一空間光調(diào)制器14是便利的但不是強(qiáng)制性的。例如，如果在 第二空間光調(diào)制器20的所有元件為OFF的任何時(shí)間段中不驅(qū)動(dòng)第一空間光調(diào)制器14，所產(chǎn) 生的圖像也不會(huì)有任何差別。本發(fā)明可以應(yīng)用于彩色顯示器以及單色顯示器。這可以通過(guò)各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。一 種方法是以時(shí)間復(fù)用方式顯示不同的顏色。這可以通過(guò)將不同的彩色濾波器引入光路中來(lái) 完成。例如，圖1的顯示器10可以被改變成包括色輪。在一些彩色顯示器中，多個(gè)顏色通道(例如，紅色通道、綠色通道和藍(lán)色通道)被 分別處理，來(lái)自不同顏色通道的光在顯示屏或其上游被結(jié)合以產(chǎn)生彩色圖像。本發(fā)明可以 按這種方式來(lái)實(shí)施。例如，圖6示出了分別具有紅色部分90R、綠色部分90G和藍(lán)色部分 90B(統(tǒng)稱(chēng)為部分90)的彩色顯示器88。每個(gè)部分90包括產(chǎn)生相應(yīng)顏色的光的光源。光 源可以是獨(dú)立的，或者可以包括被設(shè)置成從單個(gè)白色光源獲得所需顏色的光的合適的濾波 器。在所示實(shí)施例中，提供了獨(dú)立的紅色光源12R、綠色光源12G和藍(lán)色光源12B。每個(gè)部分90以與上述顯示器10基本相同的方式工作，所不同的是，部分90響應(yīng) 于相應(yīng)顏色的圖像數(shù)據(jù)而被驅(qū)動(dòng)。每個(gè)部分90的部件由與顯示器10的部件相同的附圖標(biāo) 記分別附上R、G和B來(lái)標(biāo)識(shí)。圖7示出了具有可替選設(shè)計(jì)的彩色顯示器95。顯示器95具有照射第一空間光調(diào) 制器99的光源97。第一空間光調(diào)制器99包括可以在ON和OFF狀態(tài)之間切換的元件100 的陣列。通過(guò)第一空間光調(diào)制器99調(diào)制的光經(jīng)由傳遞光器件103而被引導(dǎo)至三個(gè)第二空 間光調(diào)制器102A、102B和102C (統(tǒng)稱(chēng)為第二空間光調(diào)制器10 ，其中傳遞光器件103包括 棱鏡104、105A、105B以及濾波器106和107。濾波器106和107導(dǎo)致從第一空間光調(diào)制器99入射的光被分成三個(gè)光譜分量(例 如，紅、綠和藍(lán))。每個(gè)光譜分量被引導(dǎo)至第二空間光調(diào)制器102A、102B和102C(統(tǒng)稱(chēng)為第 二空間光調(diào)制器102)中的一個(gè)，并進(jìn)行調(diào)制。每個(gè)光譜分量的特征在于具有空間變化的光 強(qiáng)的光場(chǎng)，其中光強(qiáng)由在第一空間光調(diào)制器99中設(shè)置為ON的元件100的圖案來(lái)確定。光 場(chǎng)是如由傳遞光器件103傳遞的模糊的第一空間光調(diào)制器99的圖像。由第二空間光調(diào)制器102調(diào)制的光從棱鏡104、105A和105B傳出到達(dá)投影透鏡 110和屏111。屏111可以包括前投影屏和后投影屏。
在一幀期間，顯示器95的第一空間光調(diào)制器99的元件被設(shè)置成顯示具有空間變 化的密度的圖案。該密度可以基于用于要被顯示的圖像的圖像數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，在 第一空間光調(diào)制器99的一個(gè)區(qū)域中被設(shè)置成ON的元件100的密度可以基于由圖像數(shù)據(jù)確 定的亮度值來(lái)確定。被設(shè)置成ON以實(shí)現(xiàn)希望的密度的元件100的具體圖案可以通過(guò)例如 將適當(dāng)?shù)目臻g抖動(dòng)算法或空間抖動(dòng)引擎應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)來(lái)確定。上述用于控制顯示器10 的第一空間光調(diào)制器14的方法和裝置在進(jìn)行適當(dāng)修改以便控制顯示器95的第一空間光調(diào) 制器99的情況下應(yīng)用。可以按與顯示器10的第二光調(diào)制器20基本相同的方式來(lái)控制第二空間光調(diào)制器 102AU02B和102C，所不同的是，基于圖像數(shù)據(jù)中用于相應(yīng)的光譜分量的信息來(lái)確定用于 第二空間光調(diào)制器102A、102B和102C的元件的透射值。圖8是用于像顯示器95那樣的顯示器的控制系統(tǒng)112的框圖。在輸入端114接 收?qǐng)D像數(shù)據(jù)113。幀的亮度信息115被提取并被提供給圖案生成器116。圖案生成器116 基于亮度數(shù)據(jù)輸出具有空間變化的密度的圖案117。圖案117被施加到用于第一空間光調(diào) 制器99的驅(qū)動(dòng)電路118。圖案117還被提供給輸出估計(jì)光場(chǎng)120的光場(chǎng)估計(jì)器119。如果第一空間光調(diào)制 器99和第二空間光調(diào)制器102A、102B和102C之間的光路的光傳輸特征不同，光場(chǎng)估計(jì)器 119可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于用于每個(gè)第二空間光調(diào)制器102A、102B和102C的圖案117的獨(dú)立的估 計(jì)光場(chǎng)(102AU02B 和 102C)。包括第一、第二和第三光譜分量顏色信息(分別為121A、121B和121C)和相應(yīng)的 估計(jì)光場(chǎng)120(或120A、120B和120C)的用于幀的顏色信息被提供給校正遮罩發(fā)生器122A、 122B和122C。校正遮罩發(fā)生器122A、122B和122C產(chǎn)生被提供給可以分別驅(qū)動(dòng)第二空間光 調(diào)制器102A、102B和102C的驅(qū)動(dòng)電路125A、125B和125C (統(tǒng)稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)電路12 的校正遮 罩 123AU23B 和 123C。像顯示器95那樣的顯示器可以通過(guò)與圖2中的方法40類(lèi)似的方法來(lái)操作。在一些實(shí)施例中，第二空間光調(diào)制器102是DMD。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路125 是PWM驅(qū)動(dòng)電路。圖9示出了另一種可替選設(shè)計(jì)的彩色顯示器130，其具有多個(gè)第一空間光調(diào)制器 132AU32B和132C(統(tǒng)稱(chēng)為第一空間光調(diào)制器132)和第二空間光調(diào)制器134，該第二空間 光調(diào)制器134在來(lái)自于第一空間光調(diào)制器132的光被結(jié)合之后對(duì)其進(jìn)一步調(diào)制以形成彩色 圖像。顯示器130具有接收從光源135入射的光的光學(xué)子系統(tǒng)137。光學(xué)子系統(tǒng)137具有 多個(gè)棱鏡138和濾波器140，用于將來(lái)自于光源135的光劃分成三個(gè)光譜分量(例如，紅、 綠和藍(lán))，并將每個(gè)光譜分量引導(dǎo)至第一空間光調(diào)制器132A、132B和132C中相應(yīng)的一個(gè)。 第一空間光調(diào)制器132A、132B和132C中的每個(gè)具有可在ON和OFF狀態(tài)之間切換的元件陣 列，用于調(diào)制傳遞到該調(diào)制器的光。由第一空間光調(diào)制器132A、132B和132C調(diào)制的光然后 被合并到彩色圖像中，并通過(guò)傳遞光器件傳送到第二空間光調(diào)制器134。傳遞光器件將光變 得模糊。由第二空間光調(diào)制器134調(diào)制的光傳遞到投影透鏡145和屏146。通過(guò)使得圖像投影到屏146上的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)第一和第二光調(diào)制器，以再現(xiàn)由圖像 數(shù)據(jù)指定的希望的圖像。為了簡(jiǎn)化對(duì)上述本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明，不再具體描述在投影機(jī)和其它基于DMD的設(shè)備中共同發(fā)現(xiàn)的并且還可以存在于根據(jù)本發(fā)明的顯示器中的各種元件。這些元件對(duì)于 設(shè)計(jì)投影類(lèi)顯示器的領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。一些例子是電源、用于將紅外輻射引 出光路的冷光鏡、收集光用于照射DMD的積分棒、彎曲光器件、外殼、用戶(hù)控制部等?？蓮囊陨厦枋隼斫?，存在許多種這里所描述的設(shè)計(jì)和方法可以有效應(yīng)用的情況。 一些例子包括·單色顯示器，其中，第一二元光調(diào)制器對(duì)來(lái)自于光源的光進(jìn)行調(diào)制，并且該光進(jìn) 一步由第二二元光調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制?！げ噬@示器，其中，第一二元光調(diào)制器對(duì)來(lái)自于光源的光進(jìn)行調(diào)制，該光進(jìn)一步 由第二二元光調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，并且來(lái)自于光源的光的顏色在子幀之間切換。例如，光源可 以包括獨(dú)立的紅、綠和藍(lán)光源，每個(gè)光源僅在相應(yīng)的子幀期間照射第一調(diào)制器，或者，來(lái)自 于白色光源的光在其照射第一光調(diào)制器等之前被引導(dǎo)通過(guò)色輪。這種顏色的實(shí)現(xiàn)具有簡(jiǎn)單 的優(yōu)點(diǎn)，但是要求調(diào)制器可以高速更新，以允許紅、綠、藍(lán)子幀按快得足以提供滿(mǎn)意的觀(guān)看 體驗(yàn)的速率順序顯示。 獨(dú)立的第一和第二二元光調(diào)制器可以被提供用于多個(gè)顏色通道中的每個(gè)。例如， 獨(dú)立的紅、綠、藍(lán)顏色通道每個(gè)可以具有如這里描述的那樣安排和操作的第一和第二二元 調(diào)制器。來(lái)自于顏色通道的圖像可以被視覺(jué)重疊，以實(shí)現(xiàn)彩色圖像?？梢詮莫?dú)立的光源或 者通過(guò)將白光分離成所需數(shù)量的色帶來(lái)提供用于每個(gè)顏色通道的光。這些實(shí)施例可以有利 地提供高的亮度，但是制造可能更加昂貴(因?yàn)樗鼈冃枰?個(gè)調(diào)制器以及相關(guān)的控制電路 和光器件以控制三個(gè)顏色通道)。 第一二元光調(diào)制器可以對(duì)來(lái)自于發(fā)射具有多個(gè)顏色分量的光的光源的光進(jìn)行調(diào) 制。該光然后可以被分離成獨(dú)立的顏色分量并且每個(gè)顏色分量(例如，紅、綠和藍(lán)分量)被 引導(dǎo)至相應(yīng)的第二二元光調(diào)制器。通過(guò)第二二元光調(diào)制器調(diào)制的光被結(jié)合以提供彩色圖 像。在一些實(shí)施例中，第一二元光調(diào)制器具有顯著低于第二二元光調(diào)制器的空間分辨率的 空間分辨率?！お?dú)立的第一二元光調(diào)制器可以被提供用于多個(gè)顏色通道中的每個(gè)。例如，獨(dú)立 的紅、綠、藍(lán)顏色通道每個(gè)可以具有第一二元調(diào)制器。可以通過(guò)獨(dú)立的光源或者通過(guò)將來(lái)自 于白色光源或其它多分量光源的光分離成多個(gè)色帶來(lái)提供用于每個(gè)顏色通道的光。通過(guò)第 一二元光調(diào)制器調(diào)制的光可以被視覺(jué)結(jié)合，該結(jié)合的光照射第二二元光調(diào)制器，第二二元 光調(diào)制器對(duì)結(jié)合的光進(jìn)行調(diào)制以提供彩色圖像。第一和第二二元調(diào)制器如這里所描述的那 樣安排和操作。在一些實(shí)施例中，第二空間光調(diào)制器具有顯著低于第一空間光調(diào)制器的空 間分辨率的空間分辨率?！ぴ谥苯忧笆龅膬蓚€(gè)實(shí)施例的任何一個(gè)中，單個(gè)的二元光調(diào)制器(其可以具有較 低的空間分辨率)作用于組合的圖像(僅亮度調(diào)制)，而獨(dú)立的調(diào)制器為每個(gè)顏色通道提供 調(diào)制。由獨(dú)立的調(diào)制器提供的顏色調(diào)制可以具有較高的空間分辨率。·在本段中上述實(shí)施例中，在第一和第二二元調(diào)制器具有不同的空間分辨率的情 況下，這些二元調(diào)制器中的較低分辨率的一個(gè)或多個(gè)例如比較高分辨率的調(diào)制器的空間分 辨率低64倍或更多的空間分辨率(例如可控元件的數(shù)量)，或者在一些情況下為低IOM或 更多倍的分辨率?！ぴ谝恍┻M(jìn)一步的實(shí)施例中，獨(dú)立的第一二元光調(diào)制器被提供用于多個(gè)顏色通道中的每個(gè)。例如，獨(dú)立的紅、綠、藍(lán)顏色通道每個(gè)可以具有第一二元調(diào)制器。用于每個(gè)顏色通 道的光可以由獨(dú)立的光源或者通過(guò)將來(lái)自于白色光源或其它多分量光源的光分離成多個(gè) 色帶來(lái)提供。通過(guò)第一二元光調(diào)制器調(diào)制的光可以被光學(xué)地組合，該組合的光照射第二二 元光調(diào)制器，其對(duì)組合的光進(jìn)行調(diào)制以提供彩色圖像。第一和第二二元調(diào)制器如這里所描 述的那樣安排和操作。在該實(shí)施例中，每個(gè)對(duì)一個(gè)顏色通道中的光進(jìn)行調(diào)制的第一二元光 調(diào)制器可以具有小于第二空間光調(diào)制器的空間分辨率的空間分辨率。優(yōu)選地，第一彩色光 調(diào)制器的空間分辨率至多是第二空間光調(diào)制器的空間分辨率的大約1/2到1/6。人的視覺(jué) 系統(tǒng)對(duì)于局部亮度的改變比對(duì)于局部(高空間頻率)顏色的改變更敏感。·第一二元光調(diào)制器可以對(duì)來(lái)自于光源的光進(jìn)行調(diào)制。來(lái)自于第一二元光調(diào)制器 的光可以被變得模糊并被傳遞到包括LCD板的第二光調(diào)制器或能夠在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連 續(xù)或多步控制光的傳輸?shù)钠渌{(diào)制器?！と邕@里所描述的光調(diào)制方法可以在用于3D數(shù)字電影系統(tǒng)中的左右圖像的單獨(dú) 通道上執(zhí)行。該左右圖像可以以不同的方式進(jìn)行偏振，具有不同的光譜特征或以時(shí)間交錯(cuò) 的方式顯示?？梢栽诿總€(gè)通道中提供適當(dāng)?shù)钠衿驗(yàn)V譜器。在部件(例如，軟件模塊、處理器、組件、設(shè)備、電路等)在上文中被提及的情況下， 除非另外指明，對(duì)該部件的引用(包括對(duì)“裝置”的引用)應(yīng)該被解釋成包括該部件的等同 物，實(shí)現(xiàn)所描述的部件的功能的任何部件(即功能上的等同物)，包括在結(jié)構(gòu)上不等同于所 公開(kāi)的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所描述的示例性實(shí)施例中的功能的結(jié)構(gòu)。在如這里所描述的用于顯示器的控制器通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的情況下，該控制器可以 包括數(shù)據(jù)處理器和存儲(chǔ)在可接入數(shù)據(jù)處理器的實(shí)體介質(zhì)上的軟件指令。數(shù)據(jù)處理器可以通 過(guò)執(zhí)行用于處理圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生第一和第二信號(hào)的軟件指令來(lái)產(chǎn)生用于控制一個(gè)或多個(gè) 第一空間光調(diào)制器的第一信號(hào)，和用于控制一個(gè)或多個(gè)第二空間光調(diào)制器的第二信號(hào)。在 可替選的實(shí)施例中，固定硬件或可配置硬件如邏輯電路或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)被提 供用于執(zhí)行處理圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生第一和第二控制信號(hào)過(guò)程中的一些或全部步驟。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯的是，根據(jù)上述公開(kāi)，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以進(jìn)行許 多變更和修改而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。例如·對(duì)于第一空間光調(diào)制器中ON元件的任何希望的空間密度(除了所有元件為ON 或所有元件為OFF)，存在能夠應(yīng)用到第一空間光調(diào)制器的區(qū)域的多種圖案?？梢栽谝粠?， 在不改變ON元件的空間密度的情況下對(duì)第一空間光調(diào)制器的元件進(jìn)行切換以改變ON元件 的圖案，這不會(huì)對(duì)顯示的圖像造成不利影響。因此，本發(fā)明的范圍要根據(jù)由以下權(quán)利要求限定的實(shí)質(zhì)來(lái)解釋。
權(quán)利要求
1.一種顯示器，包括光源，能夠?qū)⒐庖龑?dǎo)至第一空間光調(diào)制器，第一空間光調(diào)制器包括能夠在ON和OFF狀 態(tài)之間切換的多個(gè)第一元件；傳遞光器件，其被設(shè)置成將由第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光引導(dǎo)至第二空間光調(diào)制器上；驅(qū)動(dòng)器，其被配置成基于圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生分別用于第一和第二空間光調(diào)制器的第一和第 二控制信號(hào)，其中，驅(qū)動(dòng)器被配置成基于圖像數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生圖案，該圖案具有空間變化的密度； 驅(qū)動(dòng)器被配置成產(chǎn)生第一控制信號(hào)，以便根據(jù)圖案設(shè)置第一空間光調(diào)制器的元件；以及傳遞光器件的特征為傳遞功能部，其使得在第二空間光調(diào)制器處、源于第一空間光調(diào) 制器的光變得模糊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其中第二空間光調(diào)制器包括能夠在ON和OFF狀態(tài)之 間切換的多個(gè)元件，驅(qū)動(dòng)器被配置成在一個(gè)圖像幀期間將第二空間光調(diào)制器的元件在其ON 和OFF狀態(tài)之間切換多次。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示器，其中驅(qū)動(dòng)器被配置成根據(jù)二元脈寬調(diào)制方案將第二 空間光調(diào)制器的元件在其ON和OFF狀態(tài)之間切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示器，其中驅(qū)動(dòng)器被配置成估計(jì)第二空間光調(diào)制器處的對(duì) 應(yīng)于圖案的光場(chǎng)，以及根據(jù)估計(jì)的光場(chǎng)建立第二控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示器，其中驅(qū)動(dòng)器包括數(shù)字低通空間濾波器，該驅(qū)動(dòng)器被 配置成通過(guò)將數(shù)字低通空間濾波器應(yīng)用于圖案來(lái)估計(jì)光場(chǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，包括抖動(dòng)引擎，其中第一控制信號(hào)包括由抖動(dòng)引擎 輸出的圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其中傳遞光器件包括透鏡，其被設(shè)置成在第二空間 光調(diào)制器處產(chǎn)生第一空間光調(diào)制器的離焦圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其中第一和第二空間光調(diào)制器每個(gè)包括數(shù)字微鏡器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其中光源包括激光光源。
10.一種顯示器，包括 用于產(chǎn)生光的裝置；用于對(duì)光進(jìn)行二元調(diào)制的第一裝置，該第一裝置包括可以在ON和OFF狀態(tài)之間切換的 多個(gè)第一元件；用于使得通過(guò)第一裝置調(diào)制的光變得模糊并將該模糊的光引導(dǎo)至二元空間光調(diào)制器 上的裝置；用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生用于第一裝置的第一控制信號(hào)的裝置，用于產(chǎn)生第一控制信 號(hào)的該裝置包括基于圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖案的裝置，該圖案具有空間變化的密度；以及 用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生用于二元空間光調(diào)制器的第二控制信號(hào)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示器，包括用于根據(jù)圖案將第一裝置的元件保持在狀態(tài) 中同時(shí)根據(jù)第二控制信號(hào)來(lái)操作二元空間光調(diào)制器以對(duì)模糊的光進(jìn)行調(diào)制的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器，包括用于估計(jì)二元空間光調(diào)制器處的模糊光的光 場(chǎng)的裝置，其中用于產(chǎn)生第二控制信號(hào)的裝置響應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)和估計(jì)的光場(chǎng)兩者。
13.一種用于顯示圖像的方法，該方法包括根據(jù)基于圖像的二元圖案來(lái)設(shè)置第一二元空間光調(diào)制器的元件，該圖案具有空間變化 的密度；將第一二元光調(diào)制器的圖像變得模糊并將其傳送到第二空間光調(diào)制器，以在第二空間 光調(diào)制器處產(chǎn)生光場(chǎng)；利用第二空間光調(diào)制器調(diào)制光場(chǎng)以重現(xiàn)該圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中利用第二空間光調(diào)制器來(lái)調(diào)制光場(chǎng)包括通過(guò)將 第二空間光調(diào)制器的元件在ON和OFF狀態(tài)之間切換來(lái)進(jìn)行光場(chǎng)的時(shí)間抖動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括計(jì)算對(duì)應(yīng)于圖案的光場(chǎng)的估計(jì)，并根據(jù)圖像數(shù) 據(jù)和光場(chǎng)的估計(jì)來(lái)控制第二空間光調(diào)制器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中計(jì)算光場(chǎng)的估計(jì)包括將低通濾波器應(yīng)用于圖案。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中低通濾波器具有尺寸為5X5或更小的內(nèi)核。
18.一種用于顯示器的控制器，其中顯示器包括第一和第二空間光調(diào)制器，該控制器被 配置成產(chǎn)生用于第一空間光調(diào)制器的第一控制信號(hào)，用以根據(jù)基于圖像的、具有空間變化的 密度的二元圖案將第一空間光調(diào)制器的多個(gè)元件中的每個(gè)設(shè)置成ON或OFF狀態(tài)；以及產(chǎn)生用于第二空間光調(diào)制器的第二控制信號(hào)，以在ON和OFF狀態(tài)之間切換第二空間光 調(diào)制器的多個(gè)元件中的每個(gè)，用以進(jìn)行入射到元件上的光的時(shí)間抖動(dòng)，其中第二控制信號(hào) 響應(yīng)于由第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光的估計(jì)光場(chǎng)以及圖像數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制器，其中控制器被配置成根據(jù)二元脈寬調(diào)制方案將第 二空間光調(diào)制器的元件在其ON和OFF狀態(tài)之間切換。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制器，其中二元圖案是由抖動(dòng)引擎產(chǎn)生的抖動(dòng)圖案。
21.—種顯示器，包括第一空間光調(diào)制器，包括多個(gè)可以在元件發(fā)光的ON狀態(tài)和元件為暗的OFF狀態(tài)之間切 換的多個(gè)第一元件；傳遞光器件，其被設(shè)置成將來(lái)自于第一空間光調(diào)制器的光引導(dǎo)至第二空間光調(diào)制器上；驅(qū)動(dòng)器，其被配置成基于圖像信號(hào)來(lái)產(chǎn)生分別用于第一和第二空間光調(diào)制器的第一和 第二控制信號(hào)，其中，驅(qū)動(dòng)器被配置成基于圖像數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生圖案，該圖案具有空間變化的密度； 驅(qū)動(dòng)器被配置成產(chǎn)生第一控制信號(hào)，以便根據(jù)圖案設(shè)置第一空間光調(diào)制器的元件；以及傳遞光器件的特征為傳遞功能部，其使得在第二空間光調(diào)制器處、源于第一空間光調(diào) 制器的光變得模糊。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示器，其中第一空間光調(diào)制器包括光發(fā)射器陣列。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的顯示器，其中光發(fā)射器包括發(fā)光半導(dǎo)體器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示器，其中顯示器包括照射第一空間光調(diào)制器的光源， 該第一空間光調(diào)制器的元件在處于ON狀態(tài)時(shí)將來(lái)自于光源的光傳遞到第二空間光調(diào)制
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示器，其中第一空間光調(diào)制器包括數(shù)字鏡器件。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示器，其中第二空間光調(diào)制器包括可以在ON和OFF狀 態(tài)之間切換的多個(gè)元件，驅(qū)動(dòng)器被配置成在圖像幀期間將第二空間光調(diào)制器的元件在其ON 和OFF狀態(tài)之間切換多次。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的顯示器，其中驅(qū)動(dòng)器被配置成根據(jù)二元脈寬調(diào)制方案將第 二空間光調(diào)制器的元件在其ON和OFF狀態(tài)之間切換。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的顯示器，其中驅(qū)動(dòng)器被配置成估計(jì)第二空間光調(diào)制器處的 對(duì)應(yīng)于圖案的光場(chǎng)，以及根據(jù)估計(jì)的光場(chǎng)建立第二控制信號(hào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀(guān)所述的顯示器，其中驅(qū)動(dòng)器包括數(shù)字低通空間濾波器，該驅(qū)動(dòng)器 被配置成通過(guò)將數(shù)字低通空間濾波器應(yīng)用于圖案來(lái)估計(jì)光場(chǎng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示器，包括抖動(dòng)引擎，其中第一控制信號(hào)包括由抖動(dòng)引 擎輸出的圖案。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示器，其中傳遞光器件包括透鏡，其被設(shè)置成在第二空 間光調(diào)制器處產(chǎn)生第一空間光調(diào)制器的離焦圖像。
全文摘要
一種顯示器，具有第一(14)和第二(20)空間光調(diào)制器，用于對(duì)來(lái)自于光源(12)的光進(jìn)行調(diào)制。第一空間光調(diào)制器具有可以根據(jù)具有空間變化的密度的圖案在ON和OFF狀態(tài)之間切換的多個(gè)元件(16)。傳遞光器件(26)將通過(guò)第一空間光調(diào)制器調(diào)制的光變得模糊并將其傳送到第二空間光調(diào)制器，以在第二空間光調(diào)制器處產(chǎn)生光場(chǎng)。第二空間光調(diào)制器具有可以在ON和OFF狀態(tài)之間切換的多個(gè)元件(22)，用以執(zhí)行光場(chǎng)的時(shí)間抖動(dòng)，以重現(xiàn)圖像。
文檔編號(hào)G09G3/20GK102089705SQ200980103324
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者格溫·丹貝格, 格里戈里·J·沃德, 赫爾格·西岑 申請(qǐng)人:杜比實(shí)驗(yàn)室特許公司