用于高动态范围的两级光调制的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及数字成像，更具体地说，涉及两级光调制。
【背景技术】
[0002]在诸如数字投影系统这样的成像装置中，图像的动态范围被所选成像器的能力限制。这应用于数字光处理(DLP)成像器(例如，数字微镜显示器)、硅基液晶(LCOS =Iiquidcrystal on silicon)成像器、液晶显示(IXD)成像器以及使用其他技术的成像器。两级调制可以用于增大动态范围以及提高对比度。然而，很多已知的两级调制系统效率低，并且未提供适当高的动态范围，或者未提供适当的对比度。
【发明内容】
[0003]根据本公开的一个方面，一种成像装置包括:被构造为发出源光(source light)的光源；和位于源光的路径中的预调制器。预调制器包括预调制成像系统，该预调制成像系统被构造为根据图像数据对源光执行粗调，并且在预调制器输出处发出预调制光。预调制器还包括第一全内反射棱镜系统，该第一全内反射棱镜系统被定向为使源光折射到预调制成像系统中，并且将从预调制成像系统接收到的预调制光反射到预调制器输出。该装置还包括:中继光学器件(relay optics)，该中继光学器件位于预调制光的路径中，并且被构造为使预调制光离焦，以输出离焦光；和主调制器，该主调制器位于离焦光的路径中。该主调制器包括主调制成像系统，该主调制成像系统被构造为根据图像数据利用离焦光来生成图像。主调制器还包括第二全内反射棱镜系统，该第二全内反射棱镜系统被定向为使离焦光反射到主调制成像系统中，并且使从主成像系统接收到的图像折射到主调制器输出。
[0004]根据本公开的另一个方面，一种成像装置包括:被构造为发出源光的光源；和两个光调制器。各个光调制器包括耦接到全内反射棱镜系统的多芯片成像系统。全内反射棱镜系统具有光输入面和开启状态面。该装置还包括中继光学器件，该中继光学器件位于所述两个光调制器的预调制器与所述两个光调制器的主调制器之间。中继光学器件被构造为使从预调制器接收到的光离焦，并且向主调制器提供离焦光。主调制器被定向为在全内反射棱镜系统的光输入面处从中继光学器件接收离焦光。预调制器被定向为在全内反射棱镜系统的开启状态面处接收源光，并且经由全内反射棱镜系统的光输入面向中继光学器件输出预调制光。
[0005]根据本公开的另一个方面，一种成像装置包括:被构造为发出源光的光源；和位于源光的路径中的预调制器。预调制器包括耦接到色彩分量分离器和组合器的三个数字微镜器件并且全内反射棱镜系统。预调制器被构造为根据图像数据对源光执行粗调，并且发出预调制光。该装置还包括:中继光学器件，该中继光学器件位于预调制光的路径中，并且被构造为使预调制光离焦，以输出离焦光；和主调制器，该主调制器位于离焦光的路径中。主调制器包括耦接到色彩分量分离器和组合器的三个数字微镜器件并且包括全内反射棱镜系统。主调制器被构造为根据图像数据使用离焦光来生成图像。
【附图说明】
[0006]附图仅以示例的方式来例示本公开的实施方式。
[0007]本专利或申请文件含有至少一个以色彩实现的附图。具有色彩附图的该专利或专利申请公报的副本将在请求和支付必要费用时由官方提供。
[0008]图1是成像装置的框图。
[0009]图2A-图2B是示出过满区域(overfill reg1n)的比较的图。
[0010]图3是成像装置的图像处理组件的框图。
[0011]图4A是示出源图像、预调制器图像和主调制器图像的示例的图。
[0012]
[0013]图5A-图5C是示出半色调图像的色彩分量的图。
[0014]图6是用于成像器的脉冲宽度调制的图。
[0015]图7是用于串联的两个成像器的脉冲宽度调制的图。
[0016]图8是示出如由中继光学器件的像素成形函数产生的、预调制器的像素的高斯形点的曲线图。
[0017]图9A-图9B是示出由于预调制器经由中继光学器件组合到主调制器上而产生的稀疏和密集半色调图案的图。
[0018]图9C-图9D是图9A-图9B的灰度表示。
[0019]图10是示出光路径的调制器的图。
[0020]图11是示出补偿板的成像装置的一部分的框图。
[0021]图12示出了单个源图像用于生成两个相关的显示图像。
【具体实施方式】
[0022]本文描述的用于两级调制的技术可以增大动态范围并提高成像装置(诸如数字视频/电影院中使用的图像投影仪)的对比度。本文描述的调制器是减法的，原因在于它们在全场光上工作，并且去除不需要形成要显示或投影的图像的光的部分。第一级或预调制器对光执行粗调，并且第二级或主调制器执行细调。预调制器工作，使得主调制器的局部区域只接收与支持该位置处的图像所需要的光同样多的光。图像的暗部接收少量光，而亮区域接收大量光。因此，在具有暗区域和亮区域的图像中，将使主调制器不均匀地点亮(lit)。进一步地，因为主调制器独立于预调制器的动态范围而维持其自身的动态范围，所以主调制器工作以向亮区域和暗区域这两个区域施加微细节。
[0023]图1例示根据本公开的实施方式的成像装置10。成像装置10包括:光源12、二色性组合器14、积分器16、过满光学器件18、预调制器20、中继光学器件22、主调制器24和投影光学器件26。由光源12发出的光被预调制器20粗调，以便为主调制器24提供合适量的光，这生成图像。中继光学器件22在向光施加受控离焦的同时，使来自预调制器20的光中继到主调制器24，以便分散主调制器24上的粗调光。因此，与用现有的两级调制技术得到的相比，可以实现更高的动态范围和更好的对比度。
[0024]光源12被构造为发出源光，并且可以包括不同色彩分量(例如，红色、绿色和蓝色)的多个激光光源。不同色彩分量的光可以独立地生成，然后通过光纤28耦接到二色性组合器14。光源12可以包括多个光模块30，以便为各个色彩分量提供亮度可分级性(brightness scalability)。S卩，各个模块30提供特定量的红色、绿色或蓝色光,并且可以基于亮度要求来提供、省略、或开启/关闭模块30。添加或开启模块30允许亮度以离散量增大。相反，去除或关闭模块30允许亮度以离散量减小。在给定实现中所使用的模块30的数量可以随着要投影的屏幕的尺寸而变化。预期更大的屏幕需要更多的模块30。进一步地，可以选择各个色彩分量的波长和相对功率，以便在实现大色域和合适白点的同时增加效率。
[0025]二色性组合器14将分量源光(例如，红色、绿色和蓝色)光学组合成单个白光束。如图所示，二色性组合器14可以是单独组件，或可以被包括在光源12中。
[0026]在其他实施方式中，光源12包括:激光器和自由空间光学器件、一个或更多个灯(例如，氙灯或水银弧光灯)、发光二极管(LED)、磷光体转换型激光器或类似物。
[0027]积分器16包括如下各项的组合:一个或更多个积分杆32和一个或更多个扩散器34，所述一个或更多个分散器34被构造为使源光空间地并有角度地均匀，并且使源光成形为矩形或近似矩形。在本实施方式中，积分器16包括两个积分杆32和布置在两个积分杆之间的分散器34。
[0028]积分器16可以被构造为使得:调节源光36的输出矩形的纵横比的大小，以便尽可能接近实际地与预调制器20的成像器件的纵横比匹配。例如，如果预调制器20设置有具有2048 X 1080个像素的分辨率的数字微镜器件(DMD)，则积分器16被构造为在其输出处具有1.89:1(即，2048/1080)的纵横比。积分器16可以设置有积分杆(只要空间允许内部更多的反射)，以便改善光源36的输出矩形的均匀性。当高度准直的源(诸如激光)用在光源12时，这尤其有用。
[0029]积分器16设置有分散器34可以具有许多益处。首先，分散器34可以使光行进的角度随机化，以提高第二积分杆32在均化和向光提供均匀性方面的有效性。第二，由分散器导致的光束的角视差的增大可以有助于减少散斑，这是激光照明的公知问题。第三，分散器34可以有助于使光束的角分布均匀。
[0030]从最后一个积分杆32输出的源光36的矩形最终被成像到预调制器20上。通过将该积分杆32放置在分散器34后面(与将分散器34放置在积分器16的端部相反)，分散器34本身不在预调制器20上成像，同时仍然提供良好均匀性和良好的角分布的益处。
[0031]过满光学器件18可以包括诸如一个或更多个透镜和一个或更多个镜这样的元件，它们被定位为用少量过满而将由积分器16所输出的源光36的矩形中继到预调制器20上。在本实施方式中，最后一个积分杆32的输出面可以小于预调制器20的成像器件。过满光学器件18可以被构造为提供放大，以实现适当的过满。