用于高動態(tài)范圍的兩級光調(diào)制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及數(shù)字成像，更具體地說，涉及兩級光調(diào)制。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸如數(shù)字投影系統(tǒng)這樣的成像裝置中，圖像的動態(tài)范圍被所選成像器的能力限制。這應(yīng)用于數(shù)字光處理(DLP)成像器(例如，數(shù)字微鏡顯示器)、硅基液晶(LCOS =Iiquidcrystal on silicon)成像器、液晶顯示(IXD)成像器以及使用其他技術(shù)的成像器。兩級調(diào)制可以用于增大動態(tài)范圍以及提高對比度。然而，很多已知的兩級調(diào)制系統(tǒng)效率低，并且未提供適當高的動態(tài)范圍，或者未提供適當?shù)膶Ρ榷取?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本公開的一個方面，一種成像裝置包括:被構(gòu)造為發(fā)出源光(source light)的光源；和位于源光的路徑中的預調(diào)制器。預調(diào)制器包括預調(diào)制成像系統(tǒng)，該預調(diào)制成像系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)對源光執(zhí)行粗調(diào)，并且在預調(diào)制器輸出處發(fā)出預調(diào)制光。預調(diào)制器還包括第一全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)，該第一全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)被定向為使源光折射到預調(diào)制成像系統(tǒng)中，并且將從預調(diào)制成像系統(tǒng)接收到的預調(diào)制光反射到預調(diào)制器輸出。該裝置還包括:中繼光學器件(relay optics)，該中繼光學器件位于預調(diào)制光的路徑中，并且被構(gòu)造為使預調(diào)制光離焦，以輸出離焦光；和主調(diào)制器，該主調(diào)制器位于離焦光的路徑中。該主調(diào)制器包括主調(diào)制成像系統(tǒng)，該主調(diào)制成像系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)利用離焦光來生成圖像。主調(diào)制器還包括第二全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)，該第二全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)被定向為使離焦光反射到主調(diào)制成像系統(tǒng)中，并且使從主成像系統(tǒng)接收到的圖像折射到主調(diào)制器輸出。
[0004]根據(jù)本公開的另一個方面，一種成像裝置包括:被構(gòu)造為發(fā)出源光的光源；和兩個光調(diào)制器。各個光調(diào)制器包括耦接到全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)的多芯片成像系統(tǒng)。全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)具有光輸入面和開啟狀態(tài)面。該裝置還包括中繼光學器件，該中繼光學器件位于所述兩個光調(diào)制器的預調(diào)制器與所述兩個光調(diào)制器的主調(diào)制器之間。中繼光學器件被構(gòu)造為使從預調(diào)制器接收到的光離焦，并且向主調(diào)制器提供離焦光。主調(diào)制器被定向為在全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)的光輸入面處從中繼光學器件接收離焦光。預調(diào)制器被定向為在全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)的開啟狀態(tài)面處接收源光，并且經(jīng)由全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)的光輸入面向中繼光學器件輸出預調(diào)制光。
[0005]根據(jù)本公開的另一個方面，一種成像裝置包括:被構(gòu)造為發(fā)出源光的光源；和位于源光的路徑中的預調(diào)制器。預調(diào)制器包括耦接到色彩分量分離器和組合器的三個數(shù)字微鏡器件并且全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)。預調(diào)制器被構(gòu)造為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)對源光執(zhí)行粗調(diào)，并且發(fā)出預調(diào)制光。該裝置還包括:中繼光學器件，該中繼光學器件位于預調(diào)制光的路徑中，并且被構(gòu)造為使預調(diào)制光離焦，以輸出離焦光；和主調(diào)制器，該主調(diào)制器位于離焦光的路徑中。主調(diào)制器包括耦接到色彩分量分離器和組合器的三個數(shù)字微鏡器件并且包括全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)。主調(diào)制器被構(gòu)造為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)使用離焦光來生成圖像。
【附圖說明】
[0006]附圖僅以示例的方式來例示本公開的實施方式。
[0007]本專利或申請文件含有至少一個以色彩實現(xiàn)的附圖。具有色彩附圖的該專利或?qū)＠暾埞珗蟮母北緦⒃谡埱蠛椭Ц侗匾M用時由官方提供。
[0008]圖1是成像裝置的框圖。
[0009]圖2A-圖2B是示出過滿區(qū)域(overfill reg1n)的比較的圖。
[0010]圖3是成像裝置的圖像處理組件的框圖。
[0011]圖4A是示出源圖像、預調(diào)制器圖像和主調(diào)制器圖像的示例的圖。
[0012]
[0013]圖5A-圖5C是示出半色調(diào)圖像的色彩分量的圖。
[0014]圖6是用于成像器的脈沖寬度調(diào)制的圖。
[0015]圖7是用于串聯(lián)的兩個成像器的脈沖寬度調(diào)制的圖。
[0016]圖8是示出如由中繼光學器件的像素成形函數(shù)產(chǎn)生的、預調(diào)制器的像素的高斯形點的曲線圖。
[0017]圖9A-圖9B是示出由于預調(diào)制器經(jīng)由中繼光學器件組合到主調(diào)制器上而產(chǎn)生的稀疏和密集半色調(diào)圖案的圖。
[0018]圖9C-圖9D是圖9A-圖9B的灰度表示。
[0019]圖10是示出光路徑的調(diào)制器的圖。
[0020]圖11是示出補償板的成像裝置的一部分的框圖。
[0021]圖12示出了單個源圖像用于生成兩個相關(guān)的顯示圖像。
【具體實施方式】
[0022]本文描述的用于兩級調(diào)制的技術(shù)可以增大動態(tài)范圍并提高成像裝置(諸如數(shù)字視頻/電影院中使用的圖像投影儀)的對比度。本文描述的調(diào)制器是減法的，原因在于它們在全場光上工作，并且去除不需要形成要顯示或投影的圖像的光的部分。第一級或預調(diào)制器對光執(zhí)行粗調(diào)，并且第二級或主調(diào)制器執(zhí)行細調(diào)。預調(diào)制器工作，使得主調(diào)制器的局部區(qū)域只接收與支持該位置處的圖像所需要的光同樣多的光。圖像的暗部接收少量光，而亮區(qū)域接收大量光。因此，在具有暗區(qū)域和亮區(qū)域的圖像中，將使主調(diào)制器不均勻地點亮(lit)。進一步地，因為主調(diào)制器獨立于預調(diào)制器的動態(tài)范圍而維持其自身的動態(tài)范圍，所以主調(diào)制器工作以向亮區(qū)域和暗區(qū)域這兩個區(qū)域施加微細節(jié)。
[0023]圖1例示根據(jù)本公開的實施方式的成像裝置10。成像裝置10包括:光源12、二色性組合器14、積分器16、過滿光學器件18、預調(diào)制器20、中繼光學器件22、主調(diào)制器24和投影光學器件26。由光源12發(fā)出的光被預調(diào)制器20粗調(diào)，以便為主調(diào)制器24提供合適量的光，這生成圖像。中繼光學器件22在向光施加受控離焦的同時，使來自預調(diào)制器20的光中繼到主調(diào)制器24，以便分散主調(diào)制器24上的粗調(diào)光。因此，與用現(xiàn)有的兩級調(diào)制技術(shù)得到的相比，可以實現(xiàn)更高的動態(tài)范圍和更好的對比度。
[0024]光源12被構(gòu)造為發(fā)出源光，并且可以包括不同色彩分量(例如，紅色、綠色和藍色)的多個激光光源。不同色彩分量的光可以獨立地生成，然后通過光纖28耦接到二色性組合器14。光源12可以包括多個光模塊30，以便為各個色彩分量提供亮度可分級性(brightness scalability)。S卩，各個模塊30提供特定量的紅色、綠色或藍色光,并且可以基于亮度要求來提供、省略、或開啟/關(guān)閉模塊30。添加或開啟模塊30允許亮度以離散量增大。相反，去除或關(guān)閉模塊30允許亮度以離散量減小。在給定實現(xiàn)中所使用的模塊30的數(shù)量可以隨著要投影的屏幕的尺寸而變化。預期更大的屏幕需要更多的模塊30。進一步地，可以選擇各個色彩分量的波長和相對功率，以便在實現(xiàn)大色域和合適白點的同時增加效率。
[0025]二色性組合器14將分量源光(例如，紅色、綠色和藍色)光學組合成單個白光束。如圖所示，二色性組合器14可以是單獨組件，或可以被包括在光源12中。
[0026]在其他實施方式中，光源12包括:激光器和自由空間光學器件、一個或更多個燈(例如，氙燈或水銀弧光燈)、發(fā)光二極管(LED)、磷光體轉(zhuǎn)換型激光器或類似物。
[0027]積分器16包括如下各項的組合:一個或更多個積分桿32和一個或更多個擴散器34，所述一個或更多個分散器34被構(gòu)造為使源光空間地并有角度地均勻，并且使源光成形為矩形或近似矩形。在本實施方式中，積分器16包括兩個積分桿32和布置在兩個積分桿之間的分散器34。
[0028]積分器16可以被構(gòu)造為使得:調(diào)節(jié)源光36的輸出矩形的縱橫比的大小，以便盡可能接近實際地與預調(diào)制器20的成像器件的縱橫比匹配。例如，如果預調(diào)制器20設(shè)置有具有2048 X 1080個像素的分辨率的數(shù)字微鏡器件(DMD)，則積分器16被構(gòu)造為在其輸出處具有1.89:1(即，2048/1080)的縱橫比。積分器16可以設(shè)置有積分桿(只要空間允許內(nèi)部更多的反射)，以便改善光源36的輸出矩形的均勻性。當高度準直的源(諸如激光)用在光源12時，這尤其有用。
[0029]積分器16設(shè)置有分散器34可以具有許多益處。首先，分散器34可以使光行進的角度隨機化，以提高第二積分桿32在均化和向光提供均勻性方面的有效性。第二，由分散器導致的光束的角視差的增大可以有助于減少散斑，這是激光照明的公知問題。第三，分散器34可以有助于使光束的角分布均勻。
[0030]從最后一個積分桿32輸出的源光36的矩形最終被成像到預調(diào)制器20上。通過將該積分桿32放置在分散器34后面(與將分散器34放置在積分器16的端部相反)，分散器34本身不在預調(diào)制器20上成像，同時仍然提供良好均勻性和良好的角分布的益處。
[0031]過滿光學器件18可以包括諸如一個或更多個透鏡和一個或更多個鏡這樣的元件，它們被定位為用少量過滿而將由積分器16所輸出的源光36的矩形中繼到預調(diào)制器20上。在本實施方式中，最后一個積分桿32的輸出面可以小于預調(diào)制器20的成像器件。過滿光學器件18可以被構(gòu)造為提供放大，以實現(xiàn)適當?shù)倪^滿。