[发明专利]用于激光投影显示器的动态照明控制

说明书

技术领域

本发明涉及使用空间光调制器的电子显示设备，更具体地涉及用于改进电子投影系统中的对比度的设备和方法。

背景技术

图像投影系统中的一个关键性能度量是对比率(C/R)，对比率表示最亮的白色和最暗的黑色之间的光强度差。因此，通过以下关系定义C/R：

C/R＝白色亮度/黑色亮度                            (1)

改进C/R有助于提供更好的屏幕上图像再现。

通常难以通过增加投影系统的白色亮度来增加C/R，这是因为大多数投影仪是光源限制的。因此，用以改进对比率的方法试图降低黑色亮度水平。黑色亮度水平是通过处于关态的有源显示器件的光和穿过显示器的投影光学元件的杂散光的结果。杂散光可以来自从投影系统的光学元件的不需要的反射。

已经有许多改进电子显示器的对比率的建议方法。例如，在Kim等人的名称为“Optical System With Iris Controlled In Real Time(具有实时受控虹膜的光学系统)”的美国专利第7,413,314号中描述了一种光学系统，该光学系统具有用于减少来自处于关态的器件的光的实时受控虹膜。在‘314的光学系统中，虹膜控制器感测光输出中的亮度信息并根据该亮度信息来控制投影虹膜。利用实时受控虹膜的开口范围，改进了对比率(C/R)。

K.Akiyama的名称为“Projector(投影仪)”的美国专利第7,204,594号描述了一种投影仪，该投影仪包括照明装置、电光调制器和投影光学系统，投影光学系统包括设置有杂散光消除构件的光屏蔽构件，该杂散光消除构件反射不需要的光以使其远离投影光学系统路径。

另一种方法是修改显示屏幕本身。例如，Whitehead等人的名称为“High Dynamic Range Display Devices(高动态范围显示装置)”的美国专利第7,403,332号描述了一种显示器，其具有并入光调制器的屏幕，利用由可控光发射器的阵列构成的光源来照明该光调制器。可以控制可控发射器和光调制器的元件以调节从屏幕上的相应区域发出的光的强度。

这些用于对比率改进的传统方法均具有其缺点。‘314公开的机械虹膜必须是高速装置并且会是相对高成本的。‘594公开的光屏蔽构件将杂散光发送到投影路径之外并发送至投影仪内的其它表面，存在将该光的某一部分投影到屏幕上的可能。‘332公开中教导的专用显示屏幕显著增加了投影系统成本，并且该显示屏幕不会是期望替代现有胶片(film)投影设备的合适的解决方案。

特别关注适用于使用激光光源的投影系统的解决方案。这些方案可以包括例如使用诸如液晶器件(LCD)或数字微镜器件的空间光成像调制器的系统，例如来自德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司的DLP器件。

非常适合与激光源一起使用的另一类成像调制器装置是线性光调制器。线性光调制器通过快速、重复的序列形成图像，其中图像的每个单独行是单独形成的并通过从扫描元件反射或其它类型的变向而导向屏幕或其它显示表面。以此方式操作的线性光调制器的类型包括诸如由硅光机公司(Silicon Light Machines)提供的、且在美国专利第6,215,579号(Bloom等人)中描述的光栅光阀(GLV)器件、以及其它GLV器件。例如，在美国专利第5,982,553号(Bloom等人)中公开了基于GLV器件的显示系统。另一类线性光调制器是由三星公司(Samsung)开发的、例如在Shin等人的美国专利第7,133,184号中公开的基于压电的空间光调制器(SOM)。

一种改进类型的线性成像调制器是如共同受让的美国专利第6,307,663号(Kowarz)中公开的光栅机电系统(GEMS)器件、以及其它GEMS器件。在共同受让的美国专利第6,411,425号、第6,678,085号和第6,476,848号(全部属于Kowarz等人)中描述了基于适形GEMS器件的线性阵列的显示系统。在多个共同受让的美国专利和公布的申请(包括美国专利第6,663,788号(Kowarz等人)和美国专利第6,802,613号(Agostinelli等人))中给出了GEMS器件的结构和操作的进一步详细描述。在这些器件中，通过衍射来调制光。在GEMS芯片上，例如，形成在单个基底上的适形机电条带元件的线性阵列能够驱动以提供光的一个或更多个衍射级，来形成用于行扫描投影显示器的每行像素。