投影儀光學(xué)器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】描述了用于黑電平的高度降低而不降低或有限降低亮像素的照明以便與例如基于RGB激光器或熒光體轉(zhuǎn)換激光器的高對(duì)比度和高動(dòng)態(tài)范圍投影儀聯(lián)用的投影儀方法、設(shè)備、軟件。例如，此類(lèi)投影儀可被用在數(shù)字影院、家庭影院、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、用于訓(xùn)練的模擬器中。投影儀光學(xué)系統(tǒng)被配置成根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，由此在該成像系統(tǒng)處，投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和投影儀光學(xué)擴(kuò)展量受控于平均圖像級(jí)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】投影儀光學(xué)器件
[0001] 本申請(qǐng)涉及在投影儀中使用的投影儀光學(xué)器件、操作此類(lèi)光學(xué)器件的方法、用于 控制此類(lèi)光學(xué)器件的控制器以及用于執(zhí)行本發(fā)明的任何方法的軟件。 技術(shù)背景
[0002] 已知投影儀具有光源、光學(xué)系統(tǒng)、微型顯示器，藉此光學(xué)系統(tǒng)包括用于將圖像投射 在屏幕上的投影透鏡。
[0003]對(duì)比度對(duì)感知到的圖像[30]、[31]、[32]質(zhì)量具有很強(qiáng)的影響。在基于微型顯示 器的投影顯示器中，多種因素確定所投影圖像的對(duì)比度。在黑色狀態(tài)中，始終存在通過(guò)光學(xué) 系統(tǒng)的小量光漏泄，從而導(dǎo)致具有有限亮度電平的暗電平。這可由各種機(jī)制導(dǎo)致并且取決 于微型顯示器技術(shù)的類(lèi)型，例如，有限的消光率、斜射光、雙折射、光散射、衍射等。
[0004] 已經(jīng)提出了用于減少暗電平的各種現(xiàn)有辦法。在[26]中，提出了用照明射線(xiàn)集束 中孔徑和投影透鏡兩者來(lái)阻擋衍射光的方法。投影儀的效率的減少通過(guò)照明和投影儀孔徑 的光學(xué)形狀和朝向來(lái)最小化。在[28]中，提出了停在投影透鏡的兩組透鏡之間的光路徑上 的非對(duì)稱(chēng)孔徑以阻擋散射光而不阻擋期望投射光。在[29]中，提出了可調(diào)整非對(duì)稱(chēng)照明孔 徑和可調(diào)整非對(duì)稱(chēng)投影孔徑以增加灰度分辨率。在[27]中，提出了根據(jù)作為圖像亮度電平 的函數(shù)的控制信號(hào)來(lái)調(diào)制照明路徑中的光強(qiáng)度的對(duì)稱(chēng)孔徑。用于減少暗電平的現(xiàn)有辦法都 經(jīng)受亮像素的亮度損失。
[0005] 發(fā)明概述
[0006] 這在一些實(shí)施例中向本發(fā)明呈現(xiàn)了提供方法、設(shè)備和軟件，即用于暗電平的高度 下降而不降低或有限降低亮像素的亮度的手段的優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明可被用于例如具有高對(duì)比度和高動(dòng)態(tài)范圍投影儀，例如，基于RGB激光器 或熒光體轉(zhuǎn)換激光器。例如，此類(lèi)投影儀可被用在數(shù)字影院、家庭影院、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、用于 訓(xùn)練的模擬器中。
[0008] 本發(fā)明的各實(shí)施例基于以下認(rèn)知：在具有非常低的平均圖像級(jí)的應(yīng)用中需要105 至IJ 1〇7的CR開(kāi)關(guān)。
[0009] 本發(fā)明的各實(shí)施例基于以下認(rèn)知：e 和e 被適配成平均圖像級(jí)w。在各實(shí) 施例中，4#和保持相等。為了減少或避免幾何光損失，光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量和投 影儀的有效光學(xué)擴(kuò)展量被保持相等并且被設(shè)為取決于平均圖片內(nèi)容的值：
[0010] e Leff (w) = e Peff (W) = f(w)。f(w)被定義用于 W G [ 0，1]且 f(l) = e Leff max 且 f (〇) = ￡ R,in = ￡ Leff min°
[0011] 本發(fā)明的各實(shí)施例基于以下認(rèn)知：盡管一般來(lái)說(shuō)，暗電平可通過(guò)使用照明系統(tǒng)和 投影透鏡兩者中的孔徑來(lái)減少，但始終存在大的幾何光損失并因此導(dǎo)致全白亮度的強(qiáng)減 少。本發(fā)明的各實(shí)施例避免了 的結(jié)果產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)但仍不充分的增加的問(wèn)題。
[0012] 本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例涉及用于實(shí)現(xiàn)非常高的以及對(duì)全白亮度的零或最小 光損失的方法和裝置。
[0013] 本發(fā)明提供了用于投影具有平均圖像級(jí)并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的 光源聯(lián)用的投影儀光學(xué)系統(tǒng)，包括用于在屏幕上制作真實(shí)圖像的成像系統(tǒng)，以及控制單元， 其中該投影儀光學(xué)系統(tǒng)被適配成根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功 率限定于可變錐角內(nèi)，由此在成像系統(tǒng)處，投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量匹 配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái)控制并且適配于平均圖像級(jí)。
[0014] 在各實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于投影具有平均圖像級(jí)的圖片并與具有固有的相 當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源聯(lián)用的投影儀光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
[0015] 第一照明系統(tǒng)，
[0016] 用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置，諸如漫射器元件，
[0017] 第二照明系統(tǒng)，其從用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置（諸如漫射器元件）上的光 斑捕捉光并均勻化該光，從而在空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的照明對(duì)空間 光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的所有區(qū)域和圖像幾乎相等。
[0018] 一種用于在屏幕上制作空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的真實(shí)圖像的成 像系統(tǒng)，包括：
[0019] 控制單元，以及
[0020] 可控孔徑（諸如虹膜），其由控制單元在成像系統(tǒng)的受限孔徑中控制，該可控孔徑 被適配成阻擋來(lái)自空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的黑色狀態(tài)的雜散光，其中
[0021] 投影儀光學(xué)系統(tǒng)被配置成根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光 功率限定于可變錐角內(nèi)，由此在該成像系統(tǒng)處，投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的有效光學(xué)擴(kuò)展 量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái)控制并適配平均圖像級(jí)。
[0022] 本發(fā)明還提供了與投影儀光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用的控制器，該投影儀光學(xué)系統(tǒng)用于投影具 有平均圖像級(jí)的圖片并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源聯(lián)用，該光學(xué)系統(tǒng)包括： 用于在屏幕上制作真實(shí)圖像的成像系統(tǒng)，其中控制器被適配成根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源 的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，由此在該成像系統(tǒng)處，投影儀光學(xué)擴(kuò)展 量與光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái) 控制并適配平均圖像級(jí)。
[0023] 本發(fā)明的各實(shí)施例還提供了與投影儀光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用的控制器，該投影儀光學(xué)系統(tǒng) 用于投影具有平均圖像級(jí)的圖片并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源聯(lián)用，該光學(xué) 系統(tǒng)包括：第一照明系統(tǒng)，
[0024] 用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置，諸如漫射器元件，
[0025] 第二照明系統(tǒng)，其從用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置（諸如漫射器元件）上的光 斑捕捉光并均勻化該光，從而在空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的照明對(duì)空間 光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的所有區(qū)域和圖像幾乎相等。
[0026] -種用于在屏幕上制作空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的真實(shí)圖像的成 像系統(tǒng)，以及
[0027] 可控孔徑（諸如成像系統(tǒng)的受限孔徑中的虹膜），該可控孔徑被適配成阻擋來(lái)自 空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的黑色狀態(tài)的雜散光，其中該控制器被適配成根 據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，由此在該成像 系統(tǒng)處，投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和投影儀 光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái)控制并適配平均圖像級(jí)。
[0028] 本發(fā)明還提供了一種操作投影儀光學(xué)系統(tǒng)的方法，該投影儀光學(xué)系統(tǒng)用于投影具 有平均圖像級(jí)的圖片并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源聯(lián)用，該系統(tǒng)包括用于在 屏幕上制作真實(shí)圖像的成像系統(tǒng)，以及控制單元，該方法包括：
[0029] 根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，并 且在該成像系統(tǒng)處將投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的光學(xué)擴(kuò)展量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和 投影儀光學(xué)擴(kuò)展量適配平均圖像級(jí)。
[0030] 本發(fā)明還提供了一種操作投影儀光學(xué)系統(tǒng)的方法，該投影儀光學(xué)系統(tǒng)用于投影具 有平均圖像級(jí)的圖片并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源聯(lián)用的投影儀光學(xué)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括：
[0031] 第一照明系統(tǒng)，
[0032] 用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置，諸如漫射器，
[0033] 第二照明系統(tǒng)，其從用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置（諸如漫射器元件）上的光 斑捕捉光并均勻化該光，從而在空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的照明對(duì)空間 光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的所有區(qū)域和圖像幾乎相等。
[0034]一種用于在屏幕上制作空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的真實(shí)圖像的成 像系統(tǒng)，包括：
[0035] 控制單元，以及
[0036] 可控孔徑（諸如虹膜），其由控制單元在成像系統(tǒng)的受限孔徑中控制，該可控孔徑 被適配成阻擋來(lái)自空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的黑色狀態(tài)的雜散光，其中該 方法包括以下步驟：
[0037] 根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，并 且在該成像系統(tǒng)處將投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的光學(xué)擴(kuò)展量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和 投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái)控制并適配平均圖像級(jí)。
[0038] 本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變具有固有的相當(dāng)?shù)偷目讖降墓庠吹?有效光學(xué)擴(kuò)展量，以及因此改變空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的入射錐角，同 時(shí)將總的光功率限定于可變錐角內(nèi)。該光源光學(xué)擴(kuò)展量用具有不同散射角的漫射器元件來(lái) 改變。在投影透鏡點(diǎn)處，投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量匹配。因此，沒(méi)有發(fā)生 幾何光損失。有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái)控制并且可適配平均 圖像級(jí)。
[0039] 本公開(kāi)的第二實(shí)施例改變漫射器元件上的入射光束的大小以達(dá)成與第一實(shí)施例 中相同的目的。在這一實(shí)施例中，漫射器元件是常規(guī)漫射器或熒光體類(lèi)型的漫射器。熒光體 類(lèi)型的漫射器將入射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為具有比入射光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)或更短波長(zhǎng)的光。因?yàn)樵谶@一實(shí) 施例中，通過(guò)改變?nèi)肷湔彰靼唿c(diǎn)來(lái)改變有效光源光學(xué)擴(kuò)展量，所以使光系統(tǒng)將可變激光照 明斑點(diǎn)的性質(zhì)轉(zhuǎn)換為類(lèi)似光閥或微型顯示器的空間光調(diào)制器上的最大照明錐角是必要的。
[0040] 本發(fā)明提供了 一種包括代碼段的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該代碼段在諸如計(jì)算機(jī)之類(lèi)的 處理引擎上執(zhí)行，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被適配成操作投影儀光學(xué)系統(tǒng)用于投影具有平均圖像 級(jí)的圖片并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源聯(lián)用的投影儀光學(xué)系統(tǒng)，由此該系統(tǒng) 可包括：用于在屏幕上制作真實(shí)圖像的成像系統(tǒng)，其中軟件被適配成：
[0041] 根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，由 此在該成像系統(tǒng)處，投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展 量和投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái)控制并適配平均圖像級(jí)。
[0042] 本發(fā)明的各實(shí)施例還提供了 一種包括代碼段的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該代碼段在諸如 計(jì)算機(jī)之類(lèi)的處理引擎上執(zhí)行，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被適配成操作投影儀光學(xué)系統(tǒng)用于投影 具有平均圖像級(jí)的圖片并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源聯(lián)用的投影儀光學(xué)系 統(tǒng)，由此該系統(tǒng)可包括：
[0043] 第一照明系統(tǒng)，
[0044] 用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置，諸如漫射器元件，
[0045] 第二照明系統(tǒng)，其從用于增加光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置（諸如漫射器元件）上的光 斑捕捉光并均勻化該光，從而在空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的照明對(duì)空間 光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的所有區(qū)域和圖像幾乎相等。
[0046] -種用于在屏幕上制作空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的真實(shí)圖像的成 像系統(tǒng)，包括：
[0047] 控制單元，以及
[0048] 可控孔徑（諸如虹膜），其由控制單元在成像系統(tǒng)的受限孔徑中控制，該可控孔徑 被適配成阻擋來(lái)自空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的黑色狀態(tài)的雜散光，其中軟 件被適配成控制這些元件以：
[0049] 根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，并 且在該成像系統(tǒng)處將投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與光源的光學(xué)擴(kuò)展量匹配，有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和 投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由控制單元來(lái)控制并適配平均圖像級(jí)。
[0050] 定義
[0051] 平均圖像級(jí)
[0052] 視頻信號(hào)的平均圖像級(jí)被定義為表示為全白信號(hào)電平的百分比的亮度電平的時(shí) 間平均[35]。
[0053] 對(duì)比度
[0054] 人類(lèi)視覺(jué)的公知現(xiàn)象是其約10個(gè)十進(jìn)位的龐大的動(dòng)態(tài)范圍（從大約1(T 5? 10+5cd/m2)，然而僅大約2個(gè)十進(jìn)位的亮度變化被同時(shí)感知。亮度的動(dòng)態(tài)范圍被分為3個(gè)范 圍：其中僅錐體是活躍的范圍（適光視覺(jué)，從1〇 5到lcd/m2)，其中錐體或桿兩者是活躍的范 圍（過(guò)渡視覺(jué)，從1到l〇_3cd/m 2)，以及其中桿是活躍的范圍（暗視覺(jué)，從1(T3到KT5cd/m2)。 人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的時(shí)間、空間和顏色感知性質(zhì)在三個(gè)亮度范圍中是不同的。適配環(huán)境光的等 級(jí)對(duì)于調(diào)整靈敏度范圍是必要的[33]。
[0055] 對(duì)比度的概念指亮度中的差異。標(biāo)示為C的對(duì)比度是比率
【權(quán)利要求】
1. 一種用于投影具有平均圖像級(jí)的圖片并與具有固有的相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)擴(kuò)展量的光源 聯(lián)用的投影儀光學(xué)系統(tǒng)，包括用于在屏幕上制作空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器） 的真實(shí)圖像的成像系統(tǒng)和控制單元，其中 所述投影儀光學(xué)系統(tǒng)被配置成根據(jù)平均圖像級(jí)來(lái)改變所述光源的有效光學(xué)擴(kuò)展量并 將光功率限定于可變錐角內(nèi)，由此在所述成像系統(tǒng)處，所述投影儀光學(xué)擴(kuò)展量與所述光源 的有效光學(xué)擴(kuò)展量匹配，所述有效光源光學(xué)擴(kuò)展量和所述投影儀光學(xué)擴(kuò)展量由所述控制單 元來(lái)控制并適配所述平均圖像級(jí)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括： 第一照明系統(tǒng)； 用于增加所述光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置； 第二照明系統(tǒng)，其從用于增加所述光源光學(xué)擴(kuò)展量的裝置上的光斑捕捉光并均勻化所 述光，從而使得在空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的照明對(duì)所述空間光調(diào)制器 上的所有區(qū)域和圖像幾乎相等；以及 可控孔徑，其由所述控制單元在所述成像系統(tǒng)的受限孔徑中控制，所述可控孔徑被適 配成阻擋來(lái)自所述空間光調(diào)制器的黑色狀態(tài)的雜散光。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光是可任選具有0. 6ym2sr的光學(xué) 擴(kuò)展量的激光。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一照明系統(tǒng)將來(lái)自所述光源的光 帶至所述用于增加所述光源光學(xué)徑角性的裝置的照明位置。
5. 如權(quán)利要求2到4中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于增加所述光源 光學(xué)擴(kuò)展量的裝置是漫射器元件。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述漫射器元件是靜態(tài)的或移動(dòng)的或旋轉(zhuǎn) 型的。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述漫射器元件是移動(dòng)類(lèi)型時(shí)，所述激光 束的入射功率的分布是在一區(qū)域上擴(kuò)展的。
8. 如權(quán)利要求5到7中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述漫射器元件是透射 型或反射型的。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，漫射層附連或沉積在透射基板和反射基板 之一上。
10. 如權(quán)利要求7到9中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于反射基板上的移 動(dòng)類(lèi)型的所述漫射器元件，在所述基板的背側(cè)上提供熱沉。
11. 如權(quán)利要求7到9中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于反射基板上的靜 態(tài)類(lèi)型的所述漫射器元件，在所述基板的背側(cè)上提供熱沉并提供可任選熱管。
12. 如權(quán)利要求5到11中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述漫射器元件具有 散射半錐角儀并且散射漫射器元件的所述出射側(cè)處的光斑具有直徑屯且由所述漫射器元 件發(fā)出的光的光學(xué)擴(kuò)展量增加至值
13. 如權(quán)利要求5到12中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述漫射器元件是塊 漫射器、表面漫射器或基于全息光學(xué)元件的漫射器。
14. 如權(quán)利要求2到13中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一照明系統(tǒng)可 包括光束擴(kuò)展器，以便降低所述用于增加所述光學(xué)擴(kuò)展量的裝置上的入射光的功率密度。
15. 如權(quán)利要求2到14中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一照明系統(tǒng) 包括光束成形器元件，以便創(chuàng)建所述用于增加所述光學(xué)擴(kuò)展量的裝置上的平頂照明密度函 數(shù)。
16. 如權(quán)利要求5到15中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述漫射器元件具有 可變強(qiáng)度，具有取決于所述光束在所述漫射器上的位置的不同散射半錐角。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，在旋轉(zhuǎn)漫射器的情形中，所述可變強(qiáng)度性 質(zhì)可以根據(jù)垂直于所述旋轉(zhuǎn)的方向而變化。
18. 如權(quán)利要求5到16中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二照明系統(tǒng)隨 著所述空間光調(diào)制器上的可變最大照明錐角來(lái)維持從所述漫射器位置的可變最大散射角 的性質(zhì)，以便如果所述漫射器元件處的最大漫射角較低，則所述空間光調(diào)制器上的最大照 明錐角也較低，而如果所述漫射器元件處的所述最大漫射角較大，則所述空間光調(diào)制器上 的所述最大照明錐角也較大。
19. 如權(quán)利要求2到18中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二照明系統(tǒng) 均勻化所述光以便所述空間光調(diào)制器上的照明幾乎或基本上對(duì)所有區(qū)域、對(duì)所有漫射角相 等。
20. 如權(quán)利要求2到19中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二照明系統(tǒng)是 光管。
21. 如權(quán)利要求2到20中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述空間光調(diào)制器是 反射型或透射型的光閥或微型顯示器（5)。
22. 如權(quán)利要求2到21中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個(gè) 附加孔徑（11，12)，所述至少一個(gè)附加孔徑的光傳送部分的直徑根據(jù)所述用于增加所述光 學(xué)擴(kuò)展量的裝置的所述散射半錐角用來(lái)自控制單元的控制信號(hào)來(lái)調(diào)整。
23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)進(jìn)一步孔徑是所述第二照 明系統(tǒng)的整合部分。
24. 如權(quán)利要求1到22中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元被適配 成控制所述光束落入到所述用于增加所述光學(xué)擴(kuò)展量的裝置上的位置。
25. 如權(quán)利要求22到24中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元被適 配成控制所述成像系統(tǒng)以及所述至少一個(gè)進(jìn)一步孔徑中的可控孔徑。
26. 如權(quán)利要求1到24中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元被適配 成接收輸入控制信號(hào)，由此所述輸入控制信號(hào)能直接從圖像生成器生成。
27. 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號(hào)是指示所述黑電平和亮度 電平的時(shí)辰信號(hào)。
28. 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號(hào)由計(jì)算所述平均圖像級(jí)的 單兀來(lái)生成。
29. 如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述黑電平和亮度電平適配所述平均圖 片級(jí)。
30. 如權(quán)利要求5到29中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，存在多個(gè)顏色通道且 所述漫射器元件是共享漫射器或每顏色一漫射器，或者存在與多種顏色的時(shí)間復(fù)用聯(lián)用的 單顏色通道。
31. 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，使用共享漫射器且所述多個(gè)顏色通道在 所述漫射器處組合并隨后重新拆分。
32. 如權(quán)利要求1到31中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)被適配成使 得所述用于增加所述光學(xué)擴(kuò)展量的裝置具有小散射錐角，并且同時(shí)使得可控孔徑具有對(duì)應(yīng) 小開(kāi)口，以使得etrff和eprff是相等的。
33. 如權(quán)利要求1到32中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元控制所 述系統(tǒng)以便h6ff和￡[)6"適配所述平均圖片級(jí)。
34. 如權(quán)利要求1到33中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元控制 所述系統(tǒng)以便所述光源的有效光學(xué)徑角性和所述投影儀的有效光學(xué)徑角性保持相等并且 被設(shè)為取決于所述平均圖片內(nèi)容的值=ePe;ff(w) =f(w)，其中f(w)被定義為 wG[〇, 1]并且f(l) =ep =eLeff 且f(〇) =ep _ =eLeff ―。
35. 如權(quán)利要求1到34中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元控制所 述系統(tǒng)以便所述可接受斑點(diǎn)對(duì)比度的絕對(duì)最大電平定義f(w)的最小值epmin。
36. 如權(quán)利要求5到35中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述漫射器元件是保 持與輸入端處相同波長(zhǎng)的漫射器，對(duì)于所述漫射器元件，不僅存在特定最大漫射角內(nèi)的光 漫射，還存在入射光的波長(zhǎng)向更長(zhǎng)波長(zhǎng)的射出頻譜（下轉(zhuǎn)換熒光體）或更短波長(zhǎng)的射出頻 譜（上轉(zhuǎn)換熒光體）的轉(zhuǎn)換。
37. 如權(quán)利要求5到36中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，漫射器元件具有由散 射半錐角91、可變照明斑點(diǎn)直徑< 和具有直徑屯的所述漫射器元件的出口側(cè)處的光斑。
38. 如權(quán)利要求5到37中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二照明系統(tǒng)將 所述漫射器元件位置上的可變光照明斑點(diǎn)的性質(zhì)轉(zhuǎn)換為所述空間光調(diào)制器上的可變最大 照明錐角，以便如果所述漫射器元件上的所述光束斑點(diǎn)大小較小，則所述空間光調(diào)制器上 所述最大照明錐角也較小，而如果所述漫射器元件處的所述光束斑點(diǎn)大小較大，則所述空 間光調(diào)制器上的所述最大照明錐角也較大。
39. -種與投影儀光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用的控制器，所述投影儀光學(xué)系統(tǒng)用于投影具有平均圖 片級(jí)的圖片并與具有實(shí)質(zhì)上低固有光學(xué)徑角性的光源聯(lián)用，所述光學(xué)系統(tǒng)包括：用于在屏 幕上制作真實(shí)圖像的成像系統(tǒng)，其中所述控制器被適配成根據(jù)所述平均圖片級(jí)來(lái)改變所述 光源的有效光學(xué)徑角性并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，由此在所述成像系統(tǒng)處，所述投影 儀光學(xué)徑角性與所述光源的光學(xué)徑角性匹配，有效光源光學(xué)徑角性和所述投影儀光學(xué)徑角 性由控制單元來(lái)控制并適配所述平均圖片級(jí)。
40. 如權(quán)利要求39所述的控制器，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步包括： 第一照明系統(tǒng)， 用于增加光源光學(xué)徑角性的裝置（諸如漫射器元件）， 第二照明系統(tǒng)，其從所述用于增加光源光學(xué)徑角性的裝置（諸如漫射器元件）上的光 斑捕捉光并均一化所述光，從而在所述空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的照明 對(duì)所述空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的所有區(qū)域和圖像幾乎相同，以及 一種在成像系統(tǒng)的受限孔徑中控制的可控孔徑（諸如虹膜），所述可控孔徑被適配成 阻擋來(lái)自空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的暗狀態(tài)的雜散光。
41. 如權(quán)利要求39或40所述的控制器，其特征在于，所述用于增加所述光源光學(xué)徑角 性的裝置由所述控制器來(lái)控制。
42. 如權(quán)利要求40或41所述的控制器，其特征在于，所述控制器被適配成控制光束落 入到所述用于增加光學(xué)徑角性的裝置上的位置。
43. 如權(quán)利要求39到42中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被適配 成控制所述成像系統(tǒng)中的所述可控孔徑。
44. 如權(quán)利要求39到43中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被適配 成控制至少一個(gè)進(jìn)一步孔徑。
45. 如權(quán)利要求39到43中任一權(quán)利要求所述的控制器，其特征在于，所述控制單元被 適配成接收輸入控制信號(hào)，由此所述輸入控制信號(hào)可直接從圖像生成器生成。
46. 如權(quán)利要求45所述的控制器，其特征在于，所述控制信號(hào)是指示所述黑電平和亮 度電平的時(shí)辰信號(hào)。
47. 如權(quán)利要求45所述的控制器，其特征在于，所述控制信號(hào)由計(jì)算所述平均圖片級(jí) 的單元來(lái)生成。
48. 如權(quán)利要求39到47中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一 步包括至少一個(gè)進(jìn)一步孔徑（11，12)，所述至少一個(gè)進(jìn)一步孔徑的光傳送部分的直徑根據(jù) 所述用于增加所述光學(xué)徑角性的裝置的所述散射半錐角用來(lái)自控制單元的控制信號(hào)來(lái)調(diào) 整。
49. 如權(quán)利要求39到48中任一權(quán)利要求所述的控制器，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)具 有用于將所述光學(xué)徑角性增加一一小的散射錐角的裝置，并且同時(shí)具有有對(duì)應(yīng)小開(kāi)口的可 控孔徑，并且所述控制器控制以便4 6"和eP6ff是相等的。
50. 如權(quán)利要求39到49中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器控制所 述系統(tǒng)以便h6ff和￡[)6"適配所述平均圖片級(jí)。
51. 如權(quán)利要求39到50中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器控制 所述系統(tǒng)以便所述光源的有效光學(xué)徑角性和所述投影儀的有效光學(xué)徑角性保持相等并且 被設(shè)為取決于所述平均圖片內(nèi)容的值=ePe;ff(w) =f(w)，其中f(w)被定義為 wG[〇, 1]并且f(l)ep =eLeff 且f(〇) =ep _ =eLeff
52. 如權(quán)利要求39到51中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器控制所 述系統(tǒng)以便所述可接受斑點(diǎn)對(duì)比度的絕對(duì)最大電平定義f(w)的最小值epmin。
53. -種操作投影儀光學(xué)系統(tǒng)的方法，所述投影儀光學(xué)系統(tǒng)用于投影具有平均圖片級(jí) 的圖片并與具有實(shí)質(zhì)上低固有光學(xué)徑角性的光源聯(lián)用，所述系統(tǒng)包括用于在屏幕上制作真 實(shí)圖像的成像系統(tǒng)，以及控制單元，所述方法包括： 根據(jù)平均圖片級(jí)來(lái)改變所述光源的有效光學(xué)徑角性并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，以 及在所述成像系統(tǒng)處，所述投影儀光學(xué)徑角性與所述光源的光學(xué)徑角性匹配，所述有效光 源光學(xué)徑角性和所述投影儀光學(xué)徑角性適配所述平均圖片級(jí)。
54. 如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)包括： 第一照明系統(tǒng)， 用于增加所述光源光學(xué)徑角性的裝置（諸如漫射器）， 第二照明系統(tǒng)，其從用于增加所述光源光學(xué)徑角性的裝置（諸如漫射器元件）上的光 斑捕捉光并均一化所述光，從而在空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的照明對(duì)所 述空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）上的所有區(qū)域和圖像幾乎相等， 控制單元，以及 由所述控制單元在所述成像系統(tǒng)的受限空間中控制的可控孔徑（諸如虹膜），所述可 控孔徑被適配成阻擋來(lái)自所述空間光調(diào)制器（諸如光閥或微型顯示器）的暗狀態(tài)的雜散 光。
55. 如權(quán)利要求53或54所述的方法，其特征在于，包括根據(jù)所述平均圖片級(jí)來(lái)改變具 有實(shí)質(zhì)上低固有孔徑的所述光源的所述有效光學(xué)徑角性，以及因此改變所述空間光調(diào)制器 (諸如光閥或微型顯示器）上的入射錐角，同時(shí)將總的光功率限定于可變錐角內(nèi)。
56. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述光源光學(xué)徑角性在所述用于增加所 述光源光學(xué)徑角性的裝置處改變，而在所述成像系統(tǒng)處，所述投影儀光學(xué)徑角性匹配所述 光源的有效光學(xué)徑角性。
57. 如權(quán)利要求53到54中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所 述用于增加光源光學(xué)徑角性的裝置處改變所述入射光束的大小。
58. 如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述可變照明斑點(diǎn)轉(zhuǎn)換為 所述空間光調(diào)制器（類(lèi)似光閥或微型顯示器）上的最大照明錐角。
59. -種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于在處理引擎上（諸如在計(jì)算機(jī)中）執(zhí)行的代碼段， 所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被適配成操作用于投影具有平均圖片級(jí)的圖片并與具有實(shí)質(zhì)上低固 有光學(xué)徑角性的光源聯(lián)用的投影儀光學(xué)系統(tǒng)， 由此所述系統(tǒng)可包括：用于在屏幕上制作真實(shí)圖像的成像系統(tǒng)，其中軟件被適配成： 根據(jù)平均圖片級(jí)來(lái)改變所述光源的有效光學(xué)徑角性并將光功率限定于可變錐角內(nèi)，由 此在所述成像系統(tǒng)處，所述投影儀光學(xué)徑角性與所述光源的有效光學(xué)徑角性匹配，有效光 源光學(xué)徑角性和所述投影儀光學(xué)徑角性由控制單元來(lái)控制并適配所述平均圖片級(jí)。
60. 如權(quán)利要求59所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被適配 成執(zhí)行權(quán)利要求53到58的方法中的任一方法，或者實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求39到52中的任一控制 器。
61. -種存儲(chǔ)權(quán)利要求60的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的非瞬態(tài)信號(hào)記錄介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】H04N5/74GK104412158SQ201280074494
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2012年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月1日
【發(fā)明者】P·C·坎德萊, B·H·J·馬克西姆斯 申請(qǐng)人:巴科股份有限公司