[发明专利]用于使用傅里叶滤光器增大对比度的数字激光投影的系统和方法

说明书

一种用于增大由空间光调制器生成的图像的对比度的滤光器，包括用于对来自空间光调制器的调制光进行空间傅里叶变换透镜、以及定位于透镜的傅里叶平面处用于对调制光进行过滤的滤光器掩模。调制光具有多个衍射级，并且滤光器掩模透射调制光的衍射级中的至少一个衍射级并阻挡调制光的其余部分。一种改善由空间光调制器生成的图像的对比度的方法包括：将来自空间光调制器的调制光进行空间傅里叶变换到傅里叶平面上、以及通过在傅里叶平面处透射调制光的至少一个衍射级并在傅里叶平面处阻挡调制光的其余部分，对调制光进行过滤。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月2日提交的美国临时专利申请号62/651,657和2018年6月28日提交的欧洲专利申请号EP18180390.9的优先权，每个专利申请通过援引并入本文。

背景技术

投影仪的对比度表明投影仪的最亮输出相对于投影仪的最暗输出。对比度比率是对比度的量化度量，被定义为投影仪的最亮输出的亮度与投影仪的最暗输出的亮度之比。对比度比率的这种定义又称为“静态”或“原生”对比度比率。

由于人类视觉系统的视觉适应性，观看者可检测到的亮度范围对应于大约1,000,000,000:1的对比度比率，即使在任何时刻，可检测的亮度范围对应于小于这个值的对比度比率。例如，在暗视觉中，仅由人眼的视杆细胞介导，对于某些观看者而言，在任何时刻，可检测到的对比度比率可能高达1,000,000:1，这取决于观察的场景、用户的适应状态和生物学因素。

电影院环境中的观看者随时可能处于不同的适应状态，并因此可能观看到同一场景有不同的对比度比率。观看者之间的适应状态的变化可能是由于相对于屏幕的座位位置不同、每个观看者在屏幕上聚焦的位置以及每个观看者何时以及多久闭一次眼。当多个观看者使用电影院时，理想的投影仪的对比度比率足够高以为所有观看者准确地再现图像。

一些符合数字电影倡导组织(DCI)规范的投影仪的对比度比率为2,000:1或更小。对于这些数字投影仪，可以以足够高的亮度投影图像的暗区域和/或黑区域，以使这些区域显得比预期的更亮。

实施例的概述

在第一方面，一种用于增大由空间光调制器生成的图像的对比度的滤光器，包括透镜，该透镜被配置为对来自空间光调制器的调制光进行空间傅里叶变换，所述调制光包括多个衍射级。滤光器还包括滤光器掩模，所述滤光器掩模定位在透镜的傅里叶平面处，并且被配置为通过透射调制光的至少一个衍射级并阻挡调制光的其余部分来对通过透镜进行空间傅里叶变换的调制光进行过滤。

在第一方面的某些实施例中，至少一个衍射级是零级衍射级。

在第一方面的某些实施例中，滤光器掩模具有透射区域，该透射区域被配置为透射调制光的零级衍射级。

在第一方面的某些实施例中，至少一个衍射级包括零级衍射级和一个或多个一级衍射级。

在第一方面的某些实施例中，滤光器掩模具有透射区域，该透射区域被配置为透射零级衍射级和一级衍射级中的两个一级衍射级。

在第一方面的某些实施例中，调制光是红光、绿光和蓝光中的一种。

在第二方面，一种用于生成对比度增大的图像的调制器系统包括第一方面的滤光器、以及实现空间光调制器的数字微镜器件。

在第三方面中，一种用于生成对比度增大的图像的调制器系统包括第一方面的滤光器、以及准直透镜，该准直透镜被定位成准直由滤光器掩模透射的调制光的至少一个衍射级。