专利名称：显示设备用于映射图像形状的方法和装置的制作方法
背景技术：
数字投影仪通常采用具有固定数量像素的空间光调制器(例如数字反射器(DMD)或液晶显示器(LCD))来构成，导致固定的长宽比。但是，视频内容可以几种不同长宽比的形式获得，当采用长宽比不配备的光调制器显示视频内容时，光调制器上的部分像素未被使用。换言之，这些像素保留其“关闭”状态，这样，通常用来照明这些像素的光被浪费了。
例如，典型的数字投影仪具有含1024×768个方形像素的DMD阵列，提供具有4∶3长宽比的图像。HDTV内容具有16∶9的长宽比(例如1920×1080)。当HDTV内容经缩放以匹配宽度时，则未使用大约25％的像素。这还意味着可用的总流明数的大约25％没有被使用。如果反射镜阵列具有16∶9的长宽比，但视频内容具有4∶3的长宽比，则出现类似的问题。用于计算机图形显示的另一个长宽比是5∶4，它导致其它失配。
因此，当数字投影仪显示不同于用来形成图像的光调制器的长宽比时，一部分光被浪费。对于具有不匹配长宽比的光调制器和视频内容，通常希望能够至少部分“恢复”这种损失的光并且提高图像的亮度。通常还希望能够改进光调制器的已用和未用部分的视在比和/或实际对比度。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种显示设备用于映射图像形状的装置，包括积分棒(integrating rod)；用于选择图像长宽比或形状的部件；以及用于根据所述图像长宽比或形状将来自所述积分棒的光重新整形的部件。
根据本发明的又一方面，所述积分棒具有完全打开的入口。
根据本发明的又一方面，所述积分棒具有部分打开的入口。
根据本发明的又一方面，所述选择部件配置成无需所述显示设备的用户干预自动选择图像长宽比或形状。
根据本发明的又一方面，所述选择部件配置成响应所述显示设备的用户提供的输入来选择图像长宽比或形状。
根据本发明的又一方面，所述重新整形部件包括具有其中形成了多个不同形状的孔径的构件。
根据本发明的又一方面，所述重新整形部件包括用于根据所述图像长宽比或形状把所述构件定位成与所述积分棒的出口相邻的部件。
根据本发明的又一方面，所述重新整形部件包括多个构件以及用于根据所述图像长宽比或形状把所述构件定位成与所述积分棒的出口相邻的部件。
根据本发明的又一方面，用于定位所述构件的所述部件配置成根据所述图像长宽比或形状来提供与所述积分棒的出口相邻的可变孔径。
根据本发明的又一方面，所述重新整形部件包括根据所述图像长宽比或形状选取并定位成与所述积分棒的出口相邻的变形透镜。
下面将参照如下附图来详细说明
具体实施例方式图1是根据本发明的一个实施例的示例显示设备的透视图；图2是根据本发明的一个实施例的示例显示设备的原理图；图3是根据本发明一个实施例，用于有选择地阻挡积分棒的出口的若干部分的示例轮式装置的透视图；图4是根据本发明的另一个实施例，用于有选择地阻挡积分棒的出口的若干部分的示例平板装置的透视图；
图5A-5C表示根据本发明各实施例的映射不同活动区域的实例；图6A和6B表示根据本发明的另一个实施例，用于有选择地阻挡积分棒的出口的若干部分的示例铰接装置的透视图；以及图7表示根据本发明的另一个实施例，用于把来自积分棒的出口的光场重新整形为当前/预期长宽比或形状的示例变形透镜部件的透视图。
优选实施例的详细说明以下是执行本发明的详细说明。本说明不应视为限制性的，而只是用于说明本发明的一般原理。
本发明的原理适用于任何显示设备，包括但不限于具有空间光调制器、前和后投影系统等的数字显示设备。例如，图1表示根据本文所述本发明原理配置的示例显示设备100(数字投影仪)。
根据本发明的方法和装置提供一种具有“正确”长宽比，即具有匹配利用特定光调制器显示的视频内容的长宽比的出口孔径长宽比的出口孔径。本发明的各种实施例可以使因长宽比不匹配而损失的光至少部分“恢复”，从而可能提高图像的亮度。已观察到，采用本发明的方法和装置，对比度看起来得到改善，未用显示部分显得更暗，因而更不易看到。
根据本发明的一个实施例，使用包含光调制器的显示设备的方法包括识别要由显示设备投影的图像的有效区域长宽比或形状，以及根据有效区域长宽比或形状来重新定位显示设备的一个或多个部件以阻挡光调制器的若干部分。但应该理解，本发明的原理不限于矩形(例如4∶3、16∶9及其它长宽比)的有效区域；有效区域可以具有其它形状、例如适合梯形的形状。
有效区域长宽比或形状可通过各种不同方式来识别。视频媒体、视频内容中的数据和/或与视频内容相关的信息可提供识别有效区域性质的信息，有助于自动识别有效区域长宽比或形状。根据本发明的显示设备还可配置成允许用户手动选择或指定有效区域长宽比或形状，或者忽略自动识别的有效区域长宽比或形状。
根据本发明，来自光调制器的光可以各种不同方式重新整形。例如，可采用能够根据有效区域长宽比或形状来重新定位以阻挡光调制器的若干部分的一个或多个部件来配置根据本发明的显示设备。一般来说，这些部件用作向光调制器提供可变出口孔径的装置。例如，一个或多个部件可采取用多个不同形状的孔径形成的构件(例如不透光构件)的形式，该构件配置成可相对于显示设备中的积分棒的出口重新定位。另外，例如，一个或多个部件可采取可相对于显示设备中的积分棒的出口重新定位的多个构件(例如不透光构件)的形式。另外，一个或多个部件也可采取设置在显示设备中的积分棒的出口处的一个或多个变形透镜的形式。所述一个或多个变形透镜不用于阻挡光调制器的若干部分，而是对来自积分棒的光进行变换。
参照图2，根据本发明的一个实施例的显示设备200包括灯(或灯泡)202、色轮204、积分棒206、可变孔径轮208、照明光学器件210、反射镜212、光调制器214、投影光学器件216、色轮传感器218、孔径轮传感器220以及如图所示配置的控制器250(以虚线表示)。
图3表示显示设备200的部分部件，即子系统300，它包括灯202；色轮204；积分棒206；以及可变孔径轮208。色轮204如图所示设置在灯202与积分棒206的入口222之间。一般来说，色轮204包括设置成弧形段(在本例中为四段)、安装到电动机223上的多个二向色涂层玻璃。例如，这些段包括三个彩色段，用于顺序分离红、绿和蓝波长；以及一个白色段(例如一段防反射涂层玻璃)，用于提高投影到屏幕上的流明。应该理解，还可使用包含不同数量的段、不同段色彩组合、不同的段配置等的色轮。色轮204绕旋转轴224的运动以传统方式控制。
积分棒206还包括出口226，它朝向可变孔径轮208，如图所示。在本例中，积分棒206的出口226具有总体为矩形的形状，其长宽比为5∶4。但应理解，这只是可配置成与根据选择的图像长宽比或形状将来自积分棒206的光重新整形的机制配合工作的积分棒类型的一个实例。此外，本发明的原理同样适用于不同于积分棒的照明光源、光管等。
在本示例实施例中，由可变孔径轮208提供将来自积分棒206的光重新整形的机制。示例可变孔径轮208包括多个不同形状的孔径，即分别具有4∶3长宽比、5∶4长宽比、16∶9长宽比以及梯形的孔径。在本示例实施例中，可变孔径轮208是不透光的，并且形状一般为圆形，以及包括朝向积分棒206的出口226的表面228，这些孔径的定位与不透光构件的周边230相邻。
在本实施例中，可变孔径轮208经由可变孔径轮208绕旋转轴232的运动相对于积分棒206的出口226重新定位。可变孔径轮208的运动根据选择的图像长宽比或形状来控制。例如，电动机233用来控制可变孔径轮208的旋转，从而将可变孔径轮208上的一个孔径定位成与积分棒206的出口226相邻，该孔径对应于选定的图像长宽比或形状。根据定位与出口226相邻的孔径的大小和形状，可变孔径轮208可以或者可以不阻挡来自积分棒206的光的一部分。
图5A表示利用孔径500把4∶3长宽比的图像的有效区域映射到4∶3长宽比的光调制器510上的一个实例。在本例中，孔径500经整形并调整大小，使得在孔径500和4∶3长宽比的光调制器510适当对齐时，没有阻挡4∶3长宽比的光调制器510的任何部分。图5B表示利用孔径500’把16∶9长宽比的图像的有效区域映射到4∶3长宽比的光调制器510上的一个实例。在本例中，孔径500’经整形并调整大小，使得在孔径500’和4∶3长宽比的光调制器510适当对齐时，阻挡4∶3长宽比的光调制器510的部分512和514。孔径500’超出4∶3长宽比的光调制器510的左、右边界，以便适应机械容差。图5C表示利用孔径500”把5∶4长宽比的图像的有效区域映射到4∶3长宽比的光调制器510上的一个实例。在本例中，孔径500”经整形并调整大小，使得在孔径500”和4∶3长宽比的光调制器510适当对齐时，阻挡4∶3长宽比的光调制器510的部分516和518。孔径500’超出4∶3长宽比的光调制器510的上、下边界，以便适应机械容差。
根据本发明，并再次参照图3，可变孔径轮208的表面228可以是反光的(例如反射的)和/或吸收光的(例如黑色)。在各种“光循环”实施例中，表面228的部分或全部为反光的。通过将这种反光表面定位在出口226的一部分之上，光调制器阵列的相应部分被阻挡(即没有被照明)，光沿标称光路方向(由箭头270表示)传播，且入射到表面228上的光沿回射光方向(由箭头280表示)通过积分棒206重新反射到灯202。其中一部分光可从灯202重新反射，重新进入积分棒206，并可能离开出口226的“有效”部分。
在本示例实施例中，积分棒206的入口222完全打开，并且没有孔径。但应理解，积分棒206可具有完全打开的入口或部分打开的入口(在后一种情况中，如图4所示，具有或没有朝向积分棒206的出口226的反射或部分反射表面223)。例如，可在积分棒206的入口222处设置部分反射元件，与顺序色彩重新捕获(sequential color recapture-SCR)系统相似。根据循环效率，可能得到更亮的图像。
在其它各种实施例中，可变孔径轮208的表面228的部分或全部为吸光的。当积分棒206的入口222完全打开、即没有入口孔径时，可变孔径轮208的表面228为吸光的，图像的未用部分可能显得更暗，从而改善视在对比度。此外，系统中散射光的附带减少也可改善实际对比度。
再次参照图2，控制器250可通过一个或多个控制器/处理器、固件和/或软件来实现。如本示例实施例所示，控制器250配置成提供以下功能输入处理252、系统控制254、缩放256、孔径轮控制258以及光调制器控制260。对于输入处理252，控制器250配置成接收和处理图像输入或数据，以便操作与其它控制器功能同步。为此，系统控制254包括为色轮204的电动机223提供控制/驱动信号，孔径轮控制258包括为可变孔径轮208的电动机233提供控制/驱动信号，以及光调制器控制260包括向光调制器214提供控制信号。传感器218和220被配置成(利用光编码技术或其它技术)分别监测色轮204和可变孔径轮208的运动，以及产生位置或其它反馈信号。例如，缩放256可包括将RGB计算机信号(VGA到SXGA的分辨率)数字缩放到XGA，或者将STB、DTV和HDTV格式去交织。
在本发明的各种实施例中，输入处理252还包括处理图像输入或其它数据，以便不需要显示设备200用户的干预自动选择图像长宽比或形状。因此，根据本发明的一个实施例，使用包含光调制器的显示设备的方法包括识别要由显示设备投影的图像的有效区域长宽比或形状，以及向显示设备提供输入信号，以便启动由显示设备进行的、有效区域长宽比或形状到光调制器的自动映射。
在本发明的各种实施例中，处理器250配置成允许用户手动选择或指定有效区域长宽比或形状，或者忽略自动识别的有效区域长宽比或形状。为此，将用户输入提供给系统控制254，它又把控制信号提供给孔径轮控制258。
根据本发明，用于有选择地对来自积分棒或照明光源的光重新整型的装置可采取许多形式。因此，可变孔径轮208可具有不同于本示例实施例中所示的孔径数量、孔径形状、孔径布置等等。此外，这种装置不限于轮形物体。它们也不限于不透光结构或包括孔径的结构。
参照图4，积分棒206表示为操作性地与用于选择性地阻挡积分棒206的出口226(4∶3长宽比)的若干部分的装置400啮合。如上所述，在本示例实施例中，积分棒206的入口222是部分打开的。或者，该入口可完全打开。还应理解，显示为具有完全打开的入口孔径的示例实施例也可配备部分打开的入口孔径。
示例装置400包括具有多个不同形状的孔径的平板402、激励部件404和控制器406，如图所示。在本例中，平板402包括如图所示构成的4∶3长宽比的孔径和16∶9长宽比的孔径。通常为不透光物体的平板402包括朝向积分棒206的出口226的表面408。如以上结合可变孔径轮208所述的那样，表面408可以是反光的和/或吸光的。激励部件404如线性激励器接收来自控制器406的控制/驱动信号。与前面所述实施例一样，控制器406根据要由显示设备投影的图像的识别出的或选择的长宽比或形状来提供控制信号。
因此，根据本发明的一个实施例，为具有积分棒的显示设备映射图像的方法包括识别要由显示设备投影的图像长宽比或形状，以及根据长宽比或形状把具有多个不同形状和/或大小的孔径的对象定位成与积分棒的出口相邻，从而有选择地阻挡积分棒的出口的若干部分。
参照图6A和6B，积分棒206表示为操作性地与用于有选择地阻挡积分棒206的出口226的若干部分的装置600啮合。示例装置600包括如图所示那样配置的平板602和604、激励部件606、608、610和612以及控制器614。通常为不透光物体的平板602和604分别包括朝向积分棒206的出口226的表面616和618。如以上针对可变孔径轮208所述的那样，表面616和618可以是反光的和/或吸光的。激励部件606、608、610和612如线性激励器接收来自控制器606的控制/驱动信号。如前面所述实施例那样，控制器606根据要由显示设备投影的图像的识别出的或选择的长宽比或形状来提供控制信号。图6A说明怎样以对称方式控制激励部件606、608、610和612，以便阻挡矩形光调制器的若干部分。图6B说明怎样以不对称方式控制激励部件606、608、610和612，以便阻挡梯形或其它非矩形光调制器的若干部分。
因此，根据本发明的一个实施例，为具有积分棒的显示设备映射图像的方法包括识别要由显示设备投影的图像长宽比或形状，以及根据长宽比或形状把多个对象定位成与积分棒的出口相邻，从而有选择地阻挡积分棒的出口的若干部分。
参照图7，其中显示积分棒206操作性地与用于将来自积分棒206的出口226的光场重新整形为当前/预期长宽比或形状的装置700啮合。示例装置700包括多个不同变形透镜702、704和706、沿轨道710移动的电动机708及控制器712。电动机708(如伺服电动机)如图所示以机械方式耦合到变形透镜702、704和706，接收来自控制器712的控制/驱动信号，以及用于定位朝向积分棒206的出口226的变形透镜702、704和706之一。变形透镜在积分棒出口处的定位可在某些情况下提高增益。此外，如图所示以模块化方式采用多个变形透镜有助于更方便地修改系统以满足不同的光整形要求。与前面所述实施例一样，控制器712根据要由显示设备投影的图像的识别出的或选择的长宽比或形状来提供控制信号。还应理解，在本发明范围内，可采用本文所公开的电动机和激励器的备选传输装置。
因此，根据本发明的各种实施例，显示设备用于映射图像形状的装置包括照明光源、用于选择图像长宽比或形状的部件以及用于根据图像长宽比或形状将来自照明光源的光重新整形的部件。
按照本发明的各种实施例，显示设备用于映射图像形状的装置包括积分棒、用于选择图像长宽比或形状的部件以及用于根据图像长宽比或形状将来自照明光源的光重新整形的部件。积分棒可具有完全打开的入口或者部分打开的入口(在后一种情况中，具有或没有朝向积分棒的出口的反射或部分反射表面)。用于选择图像长宽比或形状的部件可包括图像处理器。用于选择的部件可配置成不需要显示设备用户干预自动选择图像长宽比或形状，和/或响应显示设备用户提供的输入来选择图像长宽比或形状。用于将来自照明光源的光重新整形的部件可包括具有其中形成了多个不同形状的孔径的构件。该构件可包括朝向积分棒的出口的反光表面和/或光吸收表面。用于重新整形的装置可包括用于根据图像长宽比或形状把构件定位成与积分棒的出口相邻的部件。在各种实施例中，孔径均定位成与构件的周边相邻。例如，构件的周边一般可以是(但不一定是)圆形。或者，用于重新整形的装置可包括多个构件以及用于根据图像长宽比或形状把这些构件定位成与积分棒的出口相邻的部件。用于定位构件的部件可配置成根据图像长宽比或形状提供与积分棒的出口相邻的可变孔径。这些构件可包括朝向积分棒的出口的反光表面和/或光吸收表面。或者，用于重新整形的装置可包括根据图像长宽比或形状选取并定位成与积分棒的出口相邻的变形透镜。
根据本发明的各种实施例，显示设备包括光源、光调制器、与光调制器相邻的投影透镜、与光源相邻的积分棒以及操作性地定位在积分棒与光调制器之间的可变出口孔径。可变出口孔径配置成将多种不同的图像长宽比或形状之一映射到光调制器上。显示设备还可包括用于选择多种不同的图像长宽比或形状之一的部件。积分棒可具有完全打开的入口或者部分打开的入口(在后一种情况中，具有或没有朝向积分棒的出口的反射或部分反射表面)。可变出口孔径可由一个或多个构件提供。一个或多个构件可包括朝向积分棒的出口的反光表面和/或光吸收表面。可变出口孔径可包括用于根据选择的图像长宽比或形状把一个或多个构件定位成与积分棒的出口相邻的部件。或者，可变出口孔径可由根据选择的图像长宽比或形状选取并定位成与积分棒的出口相邻的变形透镜来提供。用于选择多种不同的图像长宽比或形状之一的部件可包括图像处理器。用于选择的部件可配置成不需要显示设备用户干预自动选择图像长宽比或形状，和/或响应显示设备用户提供的输入来选择图像长宽比或形状。
虽然通过以上示例实施例描述了本发明，但针对上述实施例的许多修改和/或补充将是本领域技术人员显而易见的。本发明范围涵盖所述这类修改和/或补充。
权利要求
1.一种显示设备(200)用于映射图像形状的装置，包括积分棒(206)；用于选择图像长宽比或形状的部件(254)；以及用于根据所述图像长宽比或形状将来自所述积分棒(206)的光重新整形的部件(208，400，600，700)。
2.如权利要求1所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述积分棒(206)具有完全打开的入口。
3.如权利要求1所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述积分棒(206)具有部分打开的入口。
4.如权利要求1所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述选择部件(254)配置成无需所述显示设备(200)的用户的干预自动选择图像长宽比或形状。
5.如权利要求1所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述选择部件(254)配置成响应所述显示设备(200)的用户提供的输入来选择图像长宽比或形状。
6.如权利要求1所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述重新整形部件包括具有其中形成了多个不同形状的孔径的构件(208，402)。
7.如权利要求6所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述重新整形部件包括用于根据所述图像长宽比或形状把所述构件(208，402)定位成与所述积分棒(206)的出口(226)相邻的部件(258，406)。
8.如权利要求1所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述重新整形部件包括多个构件(602，604)以及用于根据所述图像长宽比或形状把所述构件定位成与所述积分棒(206)的出口(226)相邻的部件(614)。
9.如权利要求8所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于用于定位所述构件的所述部件(614)配置成根据所述图像长宽比或形状来提供与所述积分棒(206)的出口(226)相邻的可变孔径。
10.如权利要求1所述的显示设备(200)用于映射图像形状的装置，其特征在于所述重新整形部件包括根据所述图像长宽比或形状选取并定位成与所述积分棒(206)的出口(226)相邻的变形透镜(702，704，706)。
全文摘要
一种显示设备(200)用于映射图像形状的装置包括照明光源，如积分棒(206)；用于选择图像长宽比或形状的部件(254)；以及用于根据图像长宽比或形状将来自照明光源的光重新整形的部件(208，400，600，700)。
文档编号H04N5/66GK1627179SQ20041010194
公开日2005年6月15日 申请日期2004年12月10日 优先权日2003年12月12日
发明者J·R·科尔, M·A·帕特, J·A·布鲁斯特 申请人:惠普开发有限公司