高动态范围显示装置制造方法及图纸

具有包括一个光调制器的屏幕的显示器。该屏幕可以是前投屏幕或者背投屏幕。用来自一个光源的光照射该屏幕，该光源包括一个可控制发光器阵列。可以控制各可控制发光器和光调制器的各元件来调节发自屏幕上各对应区域的光强度。该显示器可以提供高动态范围。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于显示数字图像的显示器。
技术介绍
动态范围是场景的最高亮度部分与场景的最低亮度部分之间的强度比值。举例来说，由视频投影系统投影所得的图像具有300∶1的最大动态范围。人类的视觉系统能够识别具有很高动态范围的场景中的特征。举例来说，人在阳光明亮的一天仍能向没有光亮的车库的阴影中看，并且即便是在旁边有阳光区域的亮度比所述场景的阴影部分的亮度高数千倍的情况下，仍能看见阴影中物体的细节。要产生这样一个场景的真实再现，要求显示器具有高于1000∶1的动态范围。术语“高动态范围”意思是800∶1或更高的动态范围。现代数字成像系统能够捕获和记录场景的数字呈现，其中场景的动态范围是保留的。计算机成像系统能够合成具有高动态范围的图像。然而，当前的显示技术不能够以忠实重现高动态范围的方式再现图像。Blackham等人的美国专利No.5,978,142公开了一个用于将图像投影到屏幕上的系统。该系统具有第一和第二光调制器，都用来调制来自一个光源的光。每一个光调制器都在象素级调制来自光源的光。由这两个光调制器调制的光被投影到屏幕上。Gibbon等人的PCT专利申请No.PCT/US01/21367公开了包括一个预调制器的投影系统。该预调制器控制入射到一个可变形反射镜显示装置的光的数量。独立的预调制器可被用来使一个选定区域(例如一个象限)变暗。需要能够在所显示图像中重现较宽范围的光强度的符合成本效益的显示器。
技术实现思路
本专利技术提供用于显示图像的显示器。本专利技术的一个实施例提供的显示器包括包括发光元件阵列的光源，每一个发光元件具有可控制的光输出；以及，包括多个可控制元件的空间光调制器，所述元件被定位成调制来自光源的光。散射片(diffuser)将已由空间光调制器调制的来自光源的光引导至观看区域。本专利技术的另一方面提供的显示器包括包括可控制元件阵列的空间光调制器，每个可控制元件提供可控制的光透射；包括一个固态发光元件阵列的光源，每个固态发光元件被定位成照射该空间光调制器的多个相应的可控制元件并且每个固态发光元件都具有可控制的光输出；以及，一个散射片。通过控制对应于散射片上一点的发光元件之一的光输出，以及通过控制对应于该点的可控制元件之一的光透射，可以控制散射片上该点的亮度。本专利技术的另一方面提供的显示器包括用于以第一空间分辨率提供光空间调制的光提供装置；用于以不同于第一空间分辨率的第二空间分辨率对光进行空间调制的空间调制装置；以及，用于控制第一和第二空间调制装置以显示由图像数据限定的图像的装置。本专利技术还提供一个用于显示图像的方法。该方法包括控制一个单独可控发光元件的阵列以获得由第一组图像数据确定的亮度；用从所述发光元件阵列得到的光照射空间光调制器的一面，该空间光调制器包括一个元件阵列，每个元件具有可控制的透光度；以及，用第二组图像数据控制该空间光调制器的各元件的透光度。以下说明本专利技术的其它方面和本专利技术各具体实施例的特征。附图说明在图示本专利技术的非限定性实施例的附图中，图1是依照本专利技术一个实施例的显示器的示意图；图1A是图1显示器的一个具体实现方式的示意图；图2是依照包括四个空间光调制器的本专利技术一个替换实施例的显示器的示意图；图3是依照本专利技术另一个实施例的背投类型显示器的示意图；图4是依照本专利技术另一个实施例的前投类型显示器的示意图；图5图示了在依照本专利技术的显示器中，较高分辨率空间光调制器的象素和较低分辨率空间光调制器的象素之间的可能关系；图5A图示了提供一个其分辨率低于另一个光调制器的光调制器的效果；图6是具有替换投影器构造的前投类型彩色显示器的示意图；图6A和6B是图6彩色显示器的前投屏幕的各部分的展开横截面视图；图7是图示从较低分辨率光调制器的象素成像到较高分辨率光调制器的光如何能够交叠以产生光强随位置的光滑变化的曲线图；图7A是一个曲线图，其图示对于光调制器一个象素的像的光强随位置变化如何能够被表示为方曲线与扩展函数的卷积；图8是依照本专利技术一个替换实施例的显示器的示意横截面，而图8A是其示意前视图；图8B是一个显示器的示意横截面，其中空间光调制器位于光源阵列之前；图8C是在光源阵列和空间光调制器之间具有插入格栅(gridinterposed)的显示器的示意图；图8D是六边形格栅的等轴测视图；图8E是通过格栅的一个通道的示意表示，其图示照射在一个空间光调制器上的反射和非反射光分量；图8F是示出反射和非反射光分量如何合在一起以提供改进的照射均匀性的曲线图；图8G是一个显示器的示意表示，其中将构成一个格栅的内部反射部件与封装各LED的材料制作在一起；图9A和9B图示了可被用在图8的实施例中的发光元件阵列的两种可能配置；图9C图示了使用光障以提供增加的锐度；图10是依照本专利技术一个替换实施例的投影类型显示器的示意图；图11是校准机制的框图；图11A是散射光从LED出射的LED照射路径的图示；以及图11B、11C、11D和11E是替换校准机制的示意图。具体实施例方式在下面的说明中，阐述了具体的细节以便提供对本专利技术的更为透彻的理解。然而，可以在没有这些细节的情况下实施本专利技术。在其它实例中，没有详细示出或说明那些众所周知的元件，以避免不必要地模糊本专利技术。因此，应把说明书和附图视为说明性的，而非限制性的。本专利技术提供了能够再现具有高动态范围的图像的显示器。依照本专利技术的显示器包括两个光调制级。光经过串联的两级以提供具有增大的动态范围的图像。图1示意地图示了依照本专利技术一个简单实施例的显示器10。图1中的元件尺寸以及它们之间的距离并不是成比例的。显示器10包括一个光源12。举例来说，光源12可以包括如白炽灯或电弧灯之类的投影灯、激光器或另一个适当的光源。光源12可以包括一个光学系统，该系统包括一个或多个反射镜、透镜或其它元件，它们相互合作以向显示器10的剩余部分提供光。在所示实施例中，来自光源12的光被引导至第一光调制器16。光源12优选地提供对第一光调制器16的基本均匀的照射。光调制器16包括一个单独可寻址元件的阵列。举例来说，光调制器16可以包括作为透光型光调制器实例的LCD(液晶显示器)，或者作为反射型光调制器实例的DMD(可变形反射镜装置)。显示驱动电路(图1中未示出)依照限定所显示图像的数据来控制光调制器16的各元件。由适当的光学系统17将已经由第一光调制器16调制的光成像到背投屏幕23上。来自第一光调制器16的一个小区域的光被光学系统17引导到背投屏幕23上的一个对应区域。在所示实施例中，光学系统17包括一个焦距为f的透镜。一般来说，将由第一光调制器16调制的光成像到背投屏幕23上的光学系统17可以包括一个或多个反射镜、透镜或其它光学装置。这样一个光学系统具有将由第一光调制器成像到第二光调制器的功能。光学系统17也可被称作成像装置。在所示实施例中，背投屏幕23包括第二光调制器20和准直器18。准直器的主要功能是将通过背投屏幕的光优先引导向观看区域。准直器18可以包括菲涅耳透镜、全息透镜，或者替换地，一个或多个透镜的另一种配置，或者适于将光引导向观看区域的其它光学元件。在所示实施例中，准直器使光以通常垂直于屏幕23的方向通过第二光调制器20的各元件。当从准直器18入射过来的光通过第二光调制器20时，所述光被进一步调制。然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示器，包括：包括一个发光元件阵列的一个光源，每个发光元件具有可控制的光输出；以及一个空间光调制器，包括多个被定位成调制来自光源的光的可控制元件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：洛恩A怀特黑德，黑尔格西茨恩，唐格雷汉姆，格雷里沃德，沃尔夫冈斯图尔林格，
申请(专利权)人：不列颠哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]