专利名称：具有相干和非相干光源的显示系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及显示系统，特别是在同一显示系统内提供相干和非相干光源的方法和装置。
背景技术：
电子设备在社会中普遍存在，并且，从手表到电脑，众多事物中都能找到。这些电子设备中有许多具有能够给电子设备用户显示图像的能力，比如通过透镜将要显示的图像投射在屏幕或背景上。常规的投影仪包括通常所说的“激光投影仪”，与利用非相干的白炽光源的投影仪相反，激光投影仪使用相干激光呈现图像。与非基于激光的显示系统相比，尽管激光显示系统可以提供更高分辨率，但是它们也常常耗费更大量的功率。由于它们功率消耗需求更大，基于激光的显示系统还可能包括复杂的冷却回路并因此导致投影设备体积更大。激光显示系统与非基于激光的显示系统相比的另一个问题是所谓的“散斑”问题。“散斑现象”指高相干光(例如激光)的强度中的干涉，这种干涉可由激光照射粗糙表面而引起。激光显示系统中散斑的整体效果是图像呈现颗粒状。此外，激光光源常常比别的非激光光源成本更高，使得基于激光的显示系统更昂贵。因此，既具有激光光源的优点又克服了非激光光源的缺点的显示系统可能很有用。
发明内容
公开了如下实施例，这些实施例使得如投影仪之类的光显示系统具有比常规的光投影仪更低的功率消耗、更少的散斑和/或更少的花销。在一些实施例中，非相干光源可与相干光源光学地耦合以产生用于投射图像的组合的相干和非相干光束。通常，非相干光源(诸如发光二极管(LED)或白炽灯泡)发射具有宽谱(例如，多个光波长)的光波，而相干光源(诸如激光器)更精确并且发射单一波长的光波。通过组合来自非相干光源的光和来自相干光源的光，组合光束中的相干光源的总功率水平可以减少而仍能感知到整洁的、清晰的图像。相干光源的功率水平降低的结果是，可降低光投射系统的尺寸和复杂度。 —些实施例可表现为用于显示图像的系统的形式，其中所述系统包括非相干光源和相干光源，相干光源与非相干光源合作运行以产生组合光束，这里，组合光束包括来自非相干光源和相干光源的类似波长贡献。这里所用的术语“合作运行(operation inconcert)”意图是指相干光源和非相干光源在基本上同一时间发射至少一个基本相同的波长。
其它一些实施例可表现为校准图像显示系统方法的形式，其中所述方法包括如下操作将图像提供给一个或多个显示电路，为非相干光源设置第一强度水平，确定投射图像的强度是否等于希望的强度水平，以及，如果投射图像的强度水平不等于该希望的强度，为相干光源设置第二强度水平。另一个实施例可以是投射图像的方法，其中所述方法包括将图像分成第一分量和第二分量,使用非相干光源投射第一分量，以及使用相干光源投射第二分量，其中非相干光源和相干光源同时产生类似的波长以呈现所述图像。
图I表不显不系统的一个实施例。图2表不显不系统的一个替代实施例。图3表不显不系统的另一替代实施例。 图4表示使用了非相干光源和相干光源的显示系统。图5表不可传送给非相干光源和相干光源的信号。图6A表示非相干光源和相干光源的组合的总体强度。图6B表不非相干光源和相干光源的强度的一种替代图不。图6C表不非相干光源和相干光源的强度的另一种图不。图7A表示与相干光源相关的散斑。图7B表示作为使用非相干光源和相干光源的结果的散斑减少。图8表示用于校准相干光源的操作。不同附图中使用的相同附图标记表示类似或者等同的项。
具体实施例方式虽然这里公开的一个或多个实施例可能是参照特定的电子设备进行了详细说明，但是所公开的实施例不应当被解释为或者以其它方式用于限制本公开(包括权利要求在内)的范围。此外，本领域技术人员将会明白后面的说明具有广泛的应用。例如，下文公开的实施例可能关注在屏幕上投射图像，而其他实施例可能不会利用屏幕，比如说全息投射设备。因此，任一实施例的论述，用意只是为了示范，不是试图暗示本公开(包括权利要求在内)的范围受限于这些实施例。图I表示可包含投影仪105的显示系统100，投影仪105能够发射相干光和非相干光的组合光束107到屏幕110上。在一些实施例中，投影仪105和屏幕110可固定在单一位置。例如，如图I所示，投影仪105和屏幕110可固定到屋顶。作为选择，在其它的实施例中(没有专门图示)，投影仪105可以是便携显示系统的一部分，从而投影仪105和屏幕110可以根据需要重新安置。此外，虽然这里公开的一些实施例可能使用了屏幕110，但应该认识到的是，屏幕110的使用是可选的并且投影仪105可放置在可将组合光束107投射到任何表面(无论平面还是曲面)的位置。而且，虽然这里描述的屏幕110图示为从前方投射，但在其他一些实施例中，屏幕110可以是透明的并且允许从背面投射。在背面投射系统中，屏幕110可以由塑料或者玻璃制成，比如在背投电视中。在另一些实施例中，屏幕110可以完全省略，而组合光束107可以投射到任何表面，比如墙，或者像全息系统中的空气。如图I所示，投影仪105可以与视频源115耦接，视频源115能够根据各种运动图像标准(例如ATSC、DVB、NTSC、PAL、SECAM、MPEG-4等等)和静止图像标准(例如，JPEG、TIFF、PNG、GIF等等)生成图像信号，然后可将与这些图像信号相关的多个分量视频信号提供给投影仪105。分量视频信号可以是任何希望的色彩空间的多个分量，比如红、绿、蓝(RGB)，亮度、亮度-红、亮度-蓝(Y、Pr、Pb)，青、品红、黄和黑(CMYK)，CIELAB和/或CIEXYZ,等等。根据所选择的实施例，视频源115和/或显示系统100可采取不同的形式。例如，如图I所示，视频源115可以是单独的电脑，显示系统100和视频源由单独的源(比如A/C墙壁插座)供电。但是，在其它实施例中，投影仪105和视频源115可以一起集成在单一外壳中并且由便携式电池供电运行。例如，图2表示视频源115和投影仪105集成在膝上型计算机200内的一个实施例。因为投影仪105能够比常规的相干光束系统以更低的功率水平提供组合光束107，所以这样的实施例可能适合于由电池供电的膝上型计算机200，例如在共同所有的申请号为12/238，633和12/238，564的美国专利申请中那样，这两个申请全文通过引用结合于此。其它便携式的实施例也是可能的。例如，视频系统115和投影仪105 也可以并入到便携式电话或者其他手持设备中。在其它一些实施例中，比如图3所示的实施例，视频源115可以是电视信号接收器，而投影仪105可以用在背投电视300中。正如将在下文更详细描述的那样，因为减少了对功率管理电路的需求，与仅仅基于相干光源的电视300相比，使非相干光源和相干光源合作运行以利用组合光束107呈现图像的显示系统(例如电视300)可以尺寸更小和体积更小。无论视频源115的具体实现方式如何，在操作过程中，视频源115可以将一个或多个分量视频信号(例如，一个或多个RGB信号)作为视频数据提供给投影仪105内的组件网络。图4表示示出一组内部组件400的一个实施例。这组内部组件400可以存在于共同的外壳里(如图4中虚线表示的)，或者，作为替换，这组内部组件400中的一个或多个组件可以存在于另一设备(例如视频源115)的外壳里。如图所示，网络400可包括与视频源115耦接的微处理器402。微处理器402还可与非相干光源405和相干光源410耦接。以这种方式连接在一起时，微处理器402可以从视频源115接收视频数据，并且将该视频数据转换为适于由非相干光源405和相干光源410显示的格式。在一些实施例中，通过连续逐线地驱动非相干光源405和相干光源410，可以在屏幕110上呈现图像。图5示出信号429，当在屏幕110上呈现图像的线430的时候，该信号可被微处理器使用以驱动非相干光源405和相干光源410。如图所示，驱动非相干光源405和相干光源410的信号可包括与扫描线起点对应的同步脉冲440。为了便于论述，该上下文所论述的是同步脉冲440在屏幕110的左边开始每个图像扫描线430，但是它还可换成从屏幕110的右、上或下开始。当扫过线430以呈现图像时，它可能会输出不同的区域，例如图像中的帆的转变区域450、455和460，图像的色彩内容可能会在这些转变区域450、455和460之间变化。在本例中，区域450和460可与图像的白色区域对应，而区域455可与图像的有色区域对应，例如红色、蓝色或者黑色。信号429包括分别与色彩内容的这些变化对应的部分450、455和460。如图所示，在白色区域450和460期间，信号429可以是高电平，从而从非相干光源405和相干光源410发射白色光线到屏幕110上，而在有色区域455期间，信号429可以比区域450和460的电平低,从而从非相干光源405和相干光源410发射较少的光，这样可导致在屏幕110上产生如红色、蓝色或者黑色之类的有色区域。在一些实施例中，非相干光源405和相干光源410可由视频信号的不同部分或者色彩空间的不同轴来驱动，以呈现图像的不同部分。例如，非相干光源405可由视频信号的亮度部分驱动，而非相干光源410可由视频信号的色度部分驱动。回到图4，非相干光源405和相干光源410可光学耦合到光学元件网络412，光学兀件网络412能够修改和/或组合从非相干光源405和相干光源410来的入射光。例如,在一些实施例中，仅列举几项，网络412可包括数字反射装置和/或透镜、伺服系统、滤波器、调制器。在操作期间，网络412可光学地组合和调节从非相干光源405和相干光源410发来的光，并将组合的相干和非相干光传送到屏幕110。
这组内部组件400可包括温度监视电路415，温度监视电路415处于微处理器402的控制之下并且能够跟踪这组内部组件400中的一个或多个组件随时间的变化。在一些实施例中，温度监视电路415可以是一个或多个硅基二极管(未示出)，硅基二极管可具有大约每一摄氏度负2毫伏的温度系数。取决于实施例，这些二极管可被放置在与这组内部组件400中的一个或多个元件邻近的位置。当温度监测电路415的温度上升时，这些二极管两端间的电压可下降。类似地，当温度监测电路415的温度下降时，这些二极管两端间的电压可上升。微处理器402可以为这组内部组件400中的各个元件监视这种变化的电压，并且把它和希望的工作温度进行比较，并且通过一个或多个热管理装置调整这组内部组件的温度。例如，图4表示了在微处理器402控制下能够冷却非相干光源405和相干光源410的风扇420。在其他实施例中，热管理装置也可包括与非相干光源405和相干光源410热耦合的被动散热器或主动帕尔贴(Pelletier)冷却器。正如在下文更详细说明的一样，因为投影仪105可以既使用非相干光源405又使用相干光源410，所以投影仪105的全部功耗量比投影仪105仅使用相干光源的情况要低。因此，对多个热管理装置(比如既有风扇又有帕尔贴冷却器)的需求可减少，这使得投影仪105与仅使用相干光源的情况相比更具性价比和/或消耗更少的空间。如前文所述，非相干光源发出具有多个光波长的光波，而相干光源一般更精确并且发出具有单一光波长的光波。例如，非相干光源可以用一个或多个同时发射不同波长的光的白色白炽灯泡实现。在一些实施例中，非相干光源可以是特定颜色的白炽灯泡，灯泡的玻璃部分作为针对所发射光的滤波器并且滤掉除希望波长范围之外的所有光。例如，如图4所示，光源405可包括三个分开的白炽灯泡406、407和408，它们分别被配置成红光源、绿光源和蓝光源，从而从灯泡406、407和408发出的光处于与红光、绿光和蓝光相关联的波长范围内。换句话说，灯泡406可以与大约650纳米的红色波长以及这一波长附近约+/-10%的范围相关联。类似地，灯泡407可以与大约475纳米的蓝色波长以及这一波长约+/-10%的波长范围相关联。最后，灯泡408可以与大约510纳米的绿色波长以及这一波长约+/-10%的波长范围相关联。其它实施例可以使用发射更窄波长范围的多个单独的非相干光源(比如利用具有特定颜色的LED)来实现非相干光源406、407和408。例如，当使用具有上述白炽灯泡实施例中提到的同样650纳米红色波长的红色LED来实现非相干光源406时，该基于LED的非相干光源406可具有比上述的+/-10%要窄得多的波长范围。例如，样品LED所发射的波长范围可以大约是650纳米波长的+/-1%。非相干光源405可发射出在一定波长范围内的多个不同波长，而相干光源410可发出单一光波长，或者在一些实施例中，比非相干光源405发出窄得多的波长范围。例如，相干光源410可实现为一个或多个基于激光器的光源，这些基于激光器的光源被调节以发出单一光波长或多个波长。以这种方式，相干光源410可包括与原色红、绿和蓝分别相关联的激光器426、427和428，其中这些激光器的波长被选择为使其与非相干光源的希望波长基本匹配。这样，如果非相干红色光源406被选择为具有650纳米的波长和650纳米附近+/-10%的波长范围，那么激光器426可选择为在大约650纳米发射单一光波长。类似的，激光器427和428可选择为发射分别与非相干光源407和408对应的蓝色光和绿色光的单一波长，或者说是约475纳米和510纳米的单一波长。应该认识到的是，虽然本公开可能以包含多个单独的光源的方式论述了非相干光 源405和相干光源410，但是非相干光源405和相干光源410之一或两者可用单一光源实现，并且这样的单一光源可相互合作运行。例如，代替用如图4所示的三个分开的光源406、407和408实现非相干光源405，非相干光源405可实施成与相干光源426、427和/或428中的一个或多个合作运行的单一非相干光源。类似的，代替用三个分开的光源426、427和429实现相干光源410，相干光源410可实现成与非相干光源406、407和/或408中的一个或多个合作运行的单一相干光源。在操作期间，微处理器402可从视频源115接收视频数据，并且在将视频信号驱动给相干光源410的同时将视频信号驱动给非相干光源405。换句话说，每个单独的非相干光源406、407和408可与每个单独的相干光源426、427和428合作运行。图6A表示了非相干光源406、407和408与相干光源426、427和428合作的组合强度的例子。参见图6A,组合光源405和410的重合的水平位置被表不在横坐标上,组合光源405和410的总体强度被表示在纵坐标上。组合光源405和410的强度图示可表示任何相互合作运行的单独的非相干光源405和相干光源410。例如，图6A示出的总体强度可表示图4示出的非相干红色光源406与相干红色光源426合作运行。图6B和图6C示出了单独的非相干光源405和相干光源410相互合作运行的可替换布置。参见图6B示出的例子，该图示在相干光源410上示出图像的基线色度部分，而非相干光源405包括色度的调制版本与图像的亮度部分的组合。参见图6C示出的例子，该图示在相干光源410上示出图像的经调制的色度部分，其中该经调制部分作为由非相干光源405呈现的图像的色度和亮度部分的调制版本的补充。虽然图6A-图6C表示了用于操作非相干光源405和相干光源410以显示图像的各种布置，但是图6A-图6C所示的方法仅是为说明的目的，并且实际配置可以随实施例变化。图6中显示的强度曲线下面的阴影区域代表非相干光源405。从对图6的审视可知，呈现在屏幕110上的光的总体强度的大部分可来自非相干光源405，并且如图6中的锯齿线所示，为了精细调节呈现在屏幕110上的图像的强度，相干光源410可重叠在来自非相干光源405的光之上。与非相干光源相比，相干光源一般能够以运行在较高的功率水平为代价呈现更加细致的图像。因而，非相干光源405可运行以便为图像建立基线强度。与单独用相干光源410建立该强度水平相比，该基线强度可消耗更少的功率。但是，因为该基线强度由非相干光源405建立，它的精度可能不如单独用相干光源410呈现图像那样精细。因此，相干光源410可在较低的功率和/或强度水平运行(如图6中锯齿状边缘的相对小的偏移所示)，然后重叠在由非相干光源405设置的基线上以改善图像的分辨率。图7A和图7B表示了屏幕110 (如图I所示)沿线A-A’的横截面。从对图7A和图7B的审视可知，作为非相干光源405和相干光源410组合的结果，可减小散斑效应。图7A所示的屏幕110的横截面表示了仅有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)相干光源426、427和428应用于屏幕110的情况。因为屏幕110包含表面瑕疵(图7A中表示为粗糙表面，具体而言是波浪线)，从相干光源426、427和428发出的准直光可被表面瑕疵散射并在投射的图像中产生散斑或者可见的瑕疵。图7B所示的屏幕110的横截面表示了 R、G和B相干光源426,427和428与R’、G’和B，非相干光源406,407和408 一同应用于屏幕110的情况。通过向观看者呈现每个光源的抖动版本一即R和R’、G和G’、B和B’分别的平均值，这种布置可减少图像的总散斑。这样，除了通过使非相干光源405和相干光源410相互合作运行来降低功率水平之外，使相干光源410与非相干光源405合作运行还可减少散斑。 因为屏幕110上的图像是非相干光源405和相干光源410的组合，在一些实施例中，微处理器402可用来校准相干光源410的贡献，从而该校准可以随后在操作过程中使用。图8表示了用于校准相干光源410的操作800。在操作805中，微处理器402可从视频源115接收视频数据。微处理器402可处理该视频数据并确定非相干光源405的基线水平(例如，图5中示出的基线)。在操作810中，可根据该基线水平设置非相干光源405。参见图4和图8，光传感器815 (图4中所示)可对投射在屏幕110上的图像的强度进行采样。在一些实施例中，该采样可发生在屏幕110上的不同位置。该采样作为操作820在图8中示出。在操作825中，采样到的强度可与微处理器402设置的预定基线相比较。一开始，相干光源410的强度是零，从而控制可流转到可调整相干光源410的操作830。在调整操作830之后，控制可流转回到操作825以确定操作830中进行的调整是否适当以达到希望的强度水平。如果操作825确定在操作830的调整过程中达到了相干光源410的希望强度水平，则控制可流转到操作835，这里强度值可被微处理器402保存作为校准点，用于随后在操作过程中使用，并且之后控制可流转回到操作810以将非相干光源405设置为下一强度值。另一方面，如果操作825确定在操作830的调整过程中没有达到相干光源410的希望强度水平，则控制可流转回到操作830以便再次调整。操作825和830之间的往复循环可一直延续直到达到相干光源410的希望水平为止，接着控制可流转到操作825和810，以将相干光源410的该强度水平保存作为校准点，并且控制可接着流转回到操作810以将非相干光源405设置为下一强度值。
权利要求
1.一种用于显示图像的系统，包括 非相干光源；和 相干光源，该相干光源与非相干光源合作运行以产生组合光束，其中该组合光束包括来自非相干光源和相干光源的类似波长贡献。
2.如权利要求I所述的系统，其中与非相干光源相比，相干光源发射的波长范围更窄。
3.如权利要求2所述的系统，其中相干光源的强度水平比非相干光源的强度水平低。
4.如权利要求3所述的系统，还包括激光器。
5.如权利要求3所述的系统，其中非相干光源的强度水平被用作相干光源的参考点。
6.如权利要求3所述的系统，其中相干光源的强度水平被用于精细调节组合光束的总体强度。
7.如权利要求3所述的系统，还包括光传感器。
8.如权利要求7所述的系统，其中非相干光源的强度水平被用于校准相干光源的强度水平。
9.如权利要求2所述的系统，其中非相干光源由视频信号的色度部分来驱动。
10.如权利要求2所述的系统，其中相干光源由视频信号的亮度部分来驱动。
11.如权利要求I所述的系统，其中显示系统集成在膝上型计算机中。
12.—种校准图像显示系统的方法，所述方法包括以下步骤 将图像提供给一个或多个显示电路； 为非相干光源设置第一强度水平； 确定投射图像的强度是否等于希望的强度水平；以及 如果投射图像的强度不等于所述希望的强度，为相干光源设置第二强度水平。
13.如权利要求12所述的方法，该方法还包括确定第一强度水平和第二强度水平的组合是否等于所述希望的强度水平的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中如果第一强度水平和第二强度水平的组合等于所述希望的强度水平，该方法还包括将第一强度水平和第二强度水平保存在所述一个或多个显示电路中的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其中如果第一强度水平和第二强度水平的组合不等于所述希望的强度水平，所述方法还包括调整相干光源的第二强度水平的步骤。
16.如权利要求15所述的方法，其中如果第一强度水平和第二强度水平的组合等于所述希望的强度水平，该方法还包括将第一强度水平和第二强度水平保存在所述一个或多个显示电路中的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，其中相干光源是激光器。
18.如权利要求17所述的方法，其中非相干光源是发光二极管。
19.一种投射图像的方法，包括 将图像分成第一分量和第二分量； 使用非相干光源投射第一分量；以及 使用相干光源投射第二分量，其中非相干光源和相干光源同时产生类似的波长以呈现所述图像。
20.如权利要求19所述的方法，其中与非相干光源相比，相干光源发射的波长范围更窄。
全文摘要
本公开涉及具有相干和非相干光源的显示系统。公开了使诸如投影仪之类的光显示系统比常规的光投影仪具有更低的功耗、更少的散斑和/或更少的花销的实施例。在一些实施例中，可包括相互合作运行以产生组合光束的非相干光源和相干光源，其中该组合光束具有来自非相干光源和相干光源的类似波长贡献。
文档编号H04N5/74GK102714706SQ201080043712
公开日2012年10月3日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年9月30日
发明者B·比尔博瑞 申请人:苹果公司