专利名称：用于激光投影显示器的动态照明控制的制作方法
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。使用GLV、S0M及GEMS器件的彩色显示系统结构通常应用三个单独的颜色路径，即红、绿和蓝(RGB)，每条颜色路径设置有单独的线性空间光调制器和激光源。当线性空间光成像调制器被驱动时，该线性空间光成像调制器调制其分量红色、绿色或蓝色激光以形成图像，一次形成单条光线。然后将得到的每种颜色的经调制光线组合到同一输出轴以提供全彩色图像，然后将该全色彩图像扫描到显示屏幕。通常，线性光成像调制器阵列相比于其区域阵列空间光调制器(SLM)的对应部分具有以下优点较高的分辨率、降低的成本和简化的照明光学元件。GLV和GEMS器件能够被驱动为以快的切换速度操作来调制激光。GLV和GEMS器件与其它类型的空间光调制器相比较具有以下优点高分辨率、高的本机位深度、可变高宽比和移动伪影的相对自由度。然而，存在线性空间光调制器固有的多个限制，这些限制会趋向于约束投影仪的性能。多个限制与扫描序列本身有关。传统上用于在显示表面上扫描经调制光的、以振镜 (galvanometrically)方式驱动的扫描镜在小的角范围内旋转以形成图像的每个2-D(二维)帧。在每次扫描之后，随后必须将镜位置复位到用于下一次扫描的开始位置。在该复位间隔期间，当使用标准扫描序列时，不将图像内容投影。因此，由于镜需要一定量的时间来停止、转换方向和返回到用于下一次扫描的位置，所以在操作周期的大约15-25%期间输出光是不可用的。可用光输出的这种固有的减少限制了能够获得的光效率。由于该扫描镜复位时间和镜的加速及减速时间，利用这样的系统提供经调制光的有效占空比(即所谓的 “像素导通(pixel on)，，时间)通常不超过约72-85%。由扫描序列导致的另一相关问题与如下需要有关当在不同位置之间重复切换条带元件时需要最小化存储电荷的影响。使用静电能量驱动条带。从一次扫描到下一次扫描保持集成电路(芯片)基底的相同电荷极性使得在器件中快速地堆积(build up)剩余电荷，必须以某种方式补偿或消散剩余电荷。响应于电荷堆积的问题，共同受让的美国专利第 6，144，481号(Kowarz等人)公开了一种用于校正空间光调制器装置中的电荷累积的方法。该方法将经调制双极电压信号施加于介电条带元件，经调制双极电压信号的时间平均值与施加到调制器装置的底部导电层的偏置电压的时间平均值相等。得到的交替波形有效地切换基底偏置电压的极性以消除器件操作期间的电荷堆积。尽管在Kowarz等人的‘481公开中所描述的方法校正了与电荷堆积有关的问题， 然而，当切换电压时，会引起调制条带元件的瞬间移动。通常在扫描镜的复位间隔期间切换电压，而当切换电压时杂散光会到达屏幕，因而降低了系统的对比度。在该瞬间还会使小量的光不经意地导向光学系统，这会导致额外的反射光和杂散光通过投影光学元件到达显示屏幕。所有这些因素都会降低系统的对比度。诸如DLP器件的区域空间光成像调制器没有呈现与线性GEMS、SOM及GLV器件相同的开关效果。然而，区域光调制器件和线性光调制器件两者都具有刷新周期，在刷新周期内未调制的光会不经意地导向显示表面。虽然可以短暂地关掉激光器本身以在刷新周期内消除杂散光，但是这样的操作模式对现有的半导体激光器件而言不是最优的，会损害波长和热稳定性，并且可能缩短激光器的寿命。因此，需要这样的校正措施该校正措施最小化或消除基底切换对区域空间调制器装置和线性空间调制器装置的负面影响，以及更一般地用于减少应用激光照明的投影设备中的杂散光。
发明内容
本发明的目的是改进数字图像投影技术。考虑到此目的，本发明提供了一种显示设备，该显示设备包括至少一个颜色通道，其针对多个图像帧中的每个图像帧提供经调制光；一个或更多个激光源，其提供具有第一偏振传输轴的照明束；以及成像调制器，其位于照明束的路径上并能够驱动以将经调制光导向投影透镜；以及激光消隐设备，其位于经调制光的路径上并被布置成在图像帧之间阻挡瞬态光， 该激光消隐设备包括至少一个分析器，其具有与第一偏振传输轴正交的第二偏振传输轴；以及至少一个光偏振调制器，其被同步地定时以在帧之间的间隔期间旋转瞬态光的偏振。使激光消隐与扫描同步，以最小化在激光离开屏幕时来自通过光学元件的光的、 屏幕上的杂散光。在该时间段内，当使用GEMS器件时，可以翻转(flip)基底以消除迟滞。 这会最小化基底翻转期间出现的杂散光。可通过关掉激光器或使用电光调制装置来实现激光消隐。当使用诸如LC光学快门的电光调制装置时，该器件还可用于动态照明控制。当图像具有低的最大代码值时，可以通过使黑色部分看起来更黑和使传送的图像的代码值成比例地增加了衰减量来增强图像的对比度。此外，调制器件可以被分段以使得屏幕上的不同区域可以具有不同的衰减量。这对于如下场景是有用的其中亮的区域(诸如晴朗的天空) 存在于图像的顶部，而暗的细节存在于图像的底部。作为示例，如果场景的最大强度仅是图像中的最大代码值的10%，则能够以10倍(IOX)的范围进行调节，并且衰减器可以被设置为10倍(IOx)的衰减。这将显著增加对比度。在下面提出的优选实施例的详细描述中，本发明及其目的和优点将变得更加明Mo
虽然本说明书以特别指出并清楚要求本发明的主题的权利要求作出结论，但是结合附图，根据下面的描述可以更好地理解本发明，在附图中图1是示出了在每个颜色通道中使用GEMS成像调制器的投影设备的部件的示意性框图；图2是示出了扫描序列如何操作以使用线性空间光成像调制器形成图像帧的时序图；图3是在不使用本发明的方法和设备的情况下将振镜驱动信号与基底切换和到屏幕的光传送相关连的时序图；图4是示出了根据本发明的实施例的投影设备的激光消隐设备的示意性框图；图5是在使用图4的激光消隐设备的情况下将振镜驱动信号与基底切换和到屏幕的光传送相关连的时序图；图6是示出了用于协调本发明的实施例中的激光消隐设备的同步的底层 (underlying)控制逻辑电路的示意性框图；图7是示出了根据本发明的替选实施例的投影设备中的激光消隐设备的示意性框图；图8是示出了用于3-D图像投影的、根据本发明的替选实施例的投影设备中的激光消隐设备的示意性框图；图9是示出了使用图8的设备的3-D观看期间的用于左眼图像和右眼图像的扫描序列的时序图；图10是示出了如何使图8的设备适用于2-D或3-D观看的时序图；以及图11是示出了使用DMD器件的、根据本发明的替选实施例的投影设备中的激光消隐设备的示意性框图。
具体实施例方式本描述特别针对于形成根据本发明的设备的部分的元件、或者与根据本发明的设备更直接地协作的元件。应当理解，未具体示出或描述的元件可以采用本领域的普通技术人员公知的各种形式。提供了本文中示出和描述的图以说明本发明的关键操作原理，而并没有按照示出实际尺寸或比例的意图来绘制图。需要一些夸大以强调相对空间关系或操作原理。本发明的设备和方法可以应用于调制来自于固态激光光源(特别是来自于一个或更多个半导体激光器或激光器阵列)的基本偏振光的任何类型的数字成像设备。这可以包括区域空间光成像调制器(诸如反射光的数字微镜或DLP器件以及反射或透射光的LCD) 和线性光成像调制器(诸如GEMS和GLV器件)。与线性光调制器(诸如线性或多线性光栅机电系统(GEMS)器件、GLV器件或利用衍射来调制光的其它类型器件)一起使用以驱动作为可变光栅的部分的机械条带的情况下，本发明的实施例会是特别有利的。对于在此描述的实施例，主要描述了与GEMS线性光成像调制器一起使用本发明。然而，应强调，应用于使用GEMS器件的系统的、在此描述的相同的设备和方法也可应用为与GLV和其它线性成像调制器类型一起使用，以及与使用来自半导体激光光源的照明的区域空间光成像调制器一起使用。在下面的公开中，短语“左眼图像”表示利用显示设备形成的、并意图通过观看者的左眼观看的图像。同样地，短语“右眼图像”是指意图从观看者的右眼观看的图像。相似地，对于双观看者成像设备，“第一观看者图像”和“第二观看者图像”分别意图供第一组和第二组观看者使用。在本发明的背景下，如微机电器件领域的普通技术人员所常用的那样使用术语 “芯片”。术语芯片是指包括形成在单个基底上的一个或更多个线性光调制器阵列的单件式机电电路封装，诸如先前提到的共同受让的美国专利第6，411，425号(Kowarz等人)中详细描述的适形光栅器件。GEMS芯片不仅包括形成用于光的反射和衍射的光调制光栅的拉长条带元件，还可以包括施加用于驱动这些条带元件的静电力的底层电路。在制造中，形成芯片(诸如Kowarz等人的‘425专利中所示的GEMS芯片)的微小电子和机械部件被制造在单个基底上。芯片封装还包括用于互连的信号引线并安装到电路板或其它合适的表面上
参照图1，示出了投影显示设备10，其使用GEMS器件作为三个颜色通道(即红色通道20ι 、绿色通道20g及蓝色通道20b)中的每个颜色通道中的线性光成像调制器。对于红色调制，红色光源70r(通常是激光器或激光器阵列)提供照明，通过球面透镜72r及柱面透镜74r来调节该照明并将其导向转镜82r。通过线性光成像调制器85r处的衍射来调制从转镜82r反射的光，线性光成像调制器85r在这里被示出和描述为机电光栅光调制器。 来自线性光成像调制器85r的经调制衍射光被衍射通过转镜82r并到达诸如X-cube或其它二向色组合器的颜色组合器100。然后经由透镜75将来自于颜色组合器100的经调制光线导向，通过可选的交叉阶滤光器(cross-order filter)(未示出)到达扫描元件77以投影到显示表面90上。扫描元件77可以是扫描镜或其它合适的光变向扫描元件，例如旋转棱镜或多角棱镜或具有一个或更多个耦接的反射表面的设备，所述设备进而将用于形成2D 图像的入射的经调制光线导向显示表面90。绿色调制使用用于提供到颜色组合器100的光的相似部件组，其中绿色光源70g(通常为激光器或激光器阵列)提供照明，该照明通过球面透镜72g及柱面透镜74g并导向转镜82g。通过用作线性光成像调制器85g的机电光栅光调制器处的衍射来调制从转镜82g反射的光。来自线性光成像调制器85g的经调制衍射光被衍射通过转镜82g并到达颜色组合器100。类似地，蓝色光源70b (通常为激光器或激光器阵列)提供照明通过球面透镜72b及柱面透镜74b并将光导向转镜82b。从转镜82b 反射的光通过用作线性光成像调制器85b的机电光栅光调制器处的衍射而被调制，被衍射通过转镜82b，并作为光线被发送到颜色组合器100。图2示出了表示在驱动信号30的上升或写入部分A以及下降或回扫部分B所发生的情况的传统的扫描时序，时序控制信号提供给扫描元件77。两个相邻的信号曲线部分 A和B对应于扫描元件77移动的单周期。在驱动信号30的部分A期间，当扫描元件77从左向右将经调制光线变向到连续位置时，在本示例中会出现使用线性光成像调制器85r、 85g及8 在屏幕上写入数据，从而在显示表面90上生成图像帧92。在图2中的回扫部分 B期间，扫描器按照比其在扫描的写入部分期间移动更快的速率从右向左移动，并且在回扫部分B期间没有将数据写入屏幕。图2的上部示出了扫描元件的连续位置处的扫描进展的“快照”，分别如77a.77b.77c及77d所示。如先前参照Kowarz等人的‘481专利所提到的，通过长期驱动以及通过重复驱动中的电荷沉积会降低GLV或GEMS条带的性能，这会引起“静摩擦力”和其它负面性能影响。 因此，在实践中，既不利用太多相同极性的脉冲来驱动GEMS器件，也不在图像帧内连续驱动像素。因此，各种时序方案使用每个像素的双极高压驱动器和接地基底连续地使驱动电压极性反向(reverse)，或替选地，重复地切换基底偏置电压本身。在显示了每个图像帧之后，基底被驱动为相反的电压极性。基底翻转(flipping)方法是低成本的，这是因为它可以通过在两个电压电平之间切换的简单驱动器来实现。然而，利用该方法，存在会导致帧刷新周期内的不期望的光泄露的瞬态效应。时序3示出了振镜驱动信号30和切换的基底偏置电压50之间的时间关系， 并示出了在其与光传送和光泄露相关连时的这些切换信号的影响。光时序信号60示出了在如参照图2所描述的将图像扫描到显示器的扫描周期的写入部分A期间导通或激活光。 然而，在扫描周期的回扫部分B期间，由于不期望的条带元件移动而检测到输出光瞬变62。 如图3所示，光瞬变62在基底偏置电压50的各转变处重复，即，在振镜的每个回扫部分B 期间重复一次。在一个实施例中，所示出的时刻tl、t2及t3之间的时间间隔为大约16毫秒。图4的示意性框图示出了在本发明的显示设备120的一个实施例中如何通过激光消隐设备38抑制该光瞬变。激光消隐设备38具有两种类型的部件(i)相位调制电光调制器64，其是布置在组合的经调制光的路径上的光偏振调制器；以及(ii)分析器66。当通过控制信号驱动时，电光调制器(EOM) 64改变入射光的相位，将入射光的偏振有效地旋转90 度。分析器66具有与光源70r、70g及70b平行的传输轴，以使得经调制光通过并到达显示表面90。因此，分析器66阻挡了在驱动EOM 64时被调制的光。替选地，可以使相位调制电光调制器64的操作模式相反，以使得当没有通过控制信号驱动时其将入射光的相位改变90度、以及当驱动时其引起偏振改变0度。图5的时序图示出了 EOM信号68相对于驱动信号30和偏置电压50的时序，并示出了 EOM驱动如何影响光时序信号60’。光瞬变(图3中的光瞬变62)被抑制，从而从输出中消除了不需要的光。图6的示意性框图将图5所示的信号与图4所示的显示设备120的受控组件相关连。控制逻辑处理器40通过中间驱动器电路(未示出)向振镜电动机36提供驱动信号30 以执行先前描述的扫描序列。控制逻辑处理器40通过中间驱动器电路(未示出)向各个颜色通道中的线性光成像调制器85r、85g及8 同步地提供交替基底偏置电压50。再次通过中间驱动器电路(未示出)向电光调制器64提供EOM信号68。激光消隐设备38可以在多个不同的实施例中提供所需的光的遮蔽 (shuttering)。参照图4，例如可沿着经调制光路径串联地布置电光调制器64和分析器66， 其中在电光调制器和分析器之间存在或不存在其它光学部件。图7的替选实施例示出了显示设备120的实施例，其在每个颜色通道上具有EOM 64r、64g、64b以及在输出处具有单个分析器66。替选地，每个通道均可以具有分析器和Ε0Μ。针对某些应用，将激光消隐设备 38提供给一个或更多个颜色通道是足够的，例如只提供给对亮度具有最显著影响的绿色通道。
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为了以足够高的速率切换以进行激光消隐，EOM 64必须具有快的响应时间。直到最近，对于参照图4所描述的显示设备时序，EOM器件不能足够快地响应。然而，EOM速度和整体性能的较新改进现在使得可以将这些器件用于图像帧之间所需的激光消隐。如参照图4及图7所描述的可用于激光消隐的EOM可以是任何合适类型的器件，诸如拉菲德 (Lafayette)公司的博尔德非线性系统公司的VX系列调制器。应注意，还可以提供其它类型的激光消隐，例如在输出路径上使用机械快门或其它类型的光调制器件。然而，使用用于提供EOM信号68的EOM器件不需要移动零件或电动机，并且可以在不引入振动或噪声源的情况下吸收不需要的光瞬变。用于激光消隐的其它方法包括关掉激光器本身；然而，用于数字投影应用的激光源通常在连续波(CW)模式下工作得最好。投影中使用的激光器的高速切换对激光器的稳定性及性能具有不利影响，并会显著缩短激光器的寿命。用于3-D和双观看者的实施例本发明的方法和设备还可以应用于提供3-D成像或双观看者成像的成像设备，例如于 2008 年 5 月 7 日提交的名称为 “Display Using Bidirectionally Scanned Linear Modulator (使用双向扫描线性调制器的显示器)，，的、共同受让的共同未决的美国专利申请序列第12/116，467号中所描述的设备。图8的示意性框图示出了分别具有左辨别元件 221和右辨别元件22r的眼镜46的使用。在一个实施例中，眼镜46是快门眼镜，与图像刷新率同步地交替遮蔽用于观看者的左眼和右眼的图像。对于这样的实施例，可以应用之前关于图5描述的时序，使得电光调制器能够按照与之前描述的方式相似的方式在每个帧刷新转变期间抑制光。电光调制器时序也可以应用于下面的实施例其中根据线性光调制器使用双向扫描来形成图像。图9的时序图中，示意性地概述了用于左眼图像和右眼图像的扫描序列。图中的S处所示的扫描周期具有正向(A)部分和回扫(B)部分。当扫描元件77在扫描元件驱动信号32的A部分期间沿着一个方向(如图9所示的从左到右)渐近地扫描时，形成左眼图像。该移动从图像的第一边缘El向第二边缘E2扫描。图9所示的回扫或B部分从参照图2和图3的所描述的部分延伸，使得波形为如图所示的三角形(即，对称的)。然后，通过在该B部分期间沿相反的(回扫)方向渐近地扫描来形成右眼图像。该移动从图像的第二边缘E2返向第一边缘El扫描。在一个实施例中，使用了快门眼镜46，使其与扫描时序同步以循环地区分左眼图像与右眼图像，从而将预期的图像导向观看者的合适的眼睛并阻挡替代图像。当时序驱动信号32在60Hz处时，在 120Hz处发生眼睛之间的快门眼镜切换。用于每个连续的左或右眼图像的传输之间的循环也是在60Hz处。图10的时序图示出了如何使图8的设备适用于提供2-D成像或3-D (或双观看者) 成像。在此，多个时序图相互叠置以进行该比较。图10所示的时序图示出了用于如下实施例的扫描元件驱动信号和数据时序在该实施例中，根据本发明的方法扫描左眼图像和右眼图像的总时间(具有三角形驱动信号波形)与传统上用于形成2-D图像的总时间(如图 2中的锯齿驱动信号波形所示)相同。扫描镜驱动信号30和数据写入曲线80对应于2-D 显示实施例；驱动信号32和数据时序8 对应于3-D显示实施例。在该情况下，2-D和3-D 投影的每像素时间的间隔或“像素导通”时间会是相同的。有利的是，用于向线性光调制器提供图像数据的每个行的时钟时序可以与用于2-D实施例的时钟时序相同，在该2-D实施例中通过沿单个方向扫描来形成图像。快门眼镜使用同步的时序以分离用于3-D观看的左眼图像和右眼图像，或替选地，用于分离向两个不同组观看者显示的第一观看者图像和第二观看者图像。可以使用频谱差来提供替代类型的分离机构，如立体成像领域的技术人员所熟知的。简要地，频谱区分通过使用不同的红、绿及蓝分量颜色组而操作，以针对每只眼睛(或替选地，针对每组观看者)形成颜色图像。甚至已提出了更复杂的可能性，例如使用快门眼镜时序和频谱差的组合，例如如2009年1月9日提交的、名称为“Dual-View Stereoscopic Display Using Linear Modulator Arrays (使用线性调制器阵列的双观看立体显示器)，，的共同受让的共同未决的美国专利申请系列第12/351，190号所述，其提供了立体和双观看者能力。虽然立体(3-D)或双观看者应用可以利用比之前参照图4至图7所描述的基本 2-D成像所需的图像时序和其它参数更复杂的图像时序和其它参数，但是两种类型的成像共享公共时序发生，即，对图像刷新的需要。在短暂的刷新间隔期间，提供用于抑制投影设备的输出处的杂散光的机构是有利的。如之前指出的，本发明的设备和方法也可得到与区域空间光调制器(例如数字微镜器件(DMD)) —起使用时的应用。图11的示意性框图示出了使用DMD空间光调制器的显示设备110的实施例。例如，光源12将多色非偏振照明导向棱镜组件14，例如飞利浦棱镜。棱镜组件14将多色光分为红、绿及蓝分量波长带，并将每个带导向相应的空间光调制器或^b。棱镜组件14然后将来自每个成像SLM 28r、28g及28b的经调制光再组合，并将该非偏振光导向投影透镜42以投影到显示屏幕或其它合适的表面。以与之前参照图4和图7描述的方式相似的方式，分析器66和电光调制器64协作以抑制图像刷新期间的来自显示设备110的输出光。替选地，光源12可包括处于红、绿及蓝波长带的多个偏振单色光源。本发明的设备和方法减少了杂散光的量，否则该杂散光会投射到显示表面上并降低图像的对比度。使用本发明的设备和方法，可以显著改进数字投影设备的对比度，并使得其更加接近根据高端商业投影设备所提供的范围。部件列表10 显示设备12 光源14棱镜组件20r 红色通道20g 绿色通道20b蓝色通道221、22r 左和右辨别元件28r.28g.28b 空间光调制器30 驱动信号32驱动信号36 振镜电动机38激光消隐设备
40控制逻辑处理器42 透镜46 眼镜50偏置电压60,60' 光时序信号62 光瞬变64、64r、64g、64b 电光调制器66 分析器68 EOM 信号70r红色光源70g绿色光源70b蓝色光源72r球面透镜，红色72g球面透镜，绿色72b球面透镜，蓝色74r 柱面透镜，红色74g 柱面透镜，绿色74b柱面透镜，蓝色75 透镜77 扫描元件77a 扫描元件77b 扫描元件77c 扫描元件77d 扫描元件80数据写入曲线82r 转镜，红色82g转镜，绿色82b 转镜，蓝色84a数据时序85r线性光调制器85g线性光调制器85b线性光调制器90显示表面92图像帧100颜色组合器110显示设备120显示设备A驱动信号部分B驱动信号部分
El边缘E2边缘S扫描周期tl时亥Ijt2时刻t3时刻
权利要求
1.一种显示设备，包括至少一个颜色通道，其针对多个图像帧中的每个图像帧提供经调制光；一个或更多个激光源，其提供具有第一偏振传输轴的照明束；以及成像调制器，其位于所述照明束的路径上并能够驱动以将所述经调制光导向投影透镜；以及激光消隐设备，其位于所述经调制光的路径上并被布置成在图像帧之间阻挡瞬态光， 所述激光消隐设备包括至少一个分析器，其具有与所述第一偏振传输轴正交的第二偏振传输轴；以及至少一个光偏振调制器，其被同步地定时以在帧之间的间隔期间旋转瞬态光的偏振。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述至少一个光偏振调制器是电光调制器。
3.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述激光消隐设备包括多个颜色通道中的每个颜色通道内的分析器。
4.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述激光消隐设备包括多个颜色通道中的每个颜色通道内的电光调制器。
5.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述成像调制器是线性光调制器，所述线性光调制器取自由光栅机电器件、基于压电的空间光调制器和光栅光阀构成的组。
6.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述成像调制器是区域空间光调制器，所述区域空间光调制器取自由数字微镜器件和液晶器件构成的组。
7.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述显示设备形成三维图像或双观看者图像。
8.一种显示设备，包括a)至少一个颜色通道，其针对多个图像帧中的每个图像帧提供连续的经调制光线，并且包括一个或更多个激光源，其提供具有第一偏振传输轴的线性照明束；以及线性光成像调制器，其位于所述照明束的路径上并包括被驱动以形成所述经调制光线的条带阵列；b)扫描元件和投影透镜，用于通过向显示表面扫描来自所述至少一个颜色通道的每个经调制光线来形成每个图像帧；以及c)激光消隐设备，其位于所述经调制光的路径上并被布置成在帧之间阻挡瞬态光，所述激光消隐设备包括分析器，其具有与所述第一偏振传输轴正交的第二偏振传输轴；以及光偏振调制器，其被同步地定时以在帧之间的间隔期间旋转瞬态光的偏振。
9.根据权利要求8所述的显示设备，其中，所述至少一个光偏振调制器是电光调制器。
10.根据权利要求8所示的显示设备，其中，所述激光消隐设备包括多个颜色通道中的每个颜色通道内的分析器。
11.根据权利要求8所述的显示设备，其中，所述激光消隐设备包括多个颜色通道中的每个颜色通道内的电光调制器。
12.根据权利要求8所述的显示设备，其中，所述成像调制器是线性光调制器，所述线性光调制器取自由光栅机电器件、基于压电的空间光调制器和光栅光阀构成的组。
13.一种用于显示图像的方法，包括a)通过在一个或更多个颜色通道中的成像调制器处调制激光并将经调制光导向显示表面，来生成第一图像帧；b)通过驱动所述经调制光的路径上的电光调制器，在所述一个或更多个颜色通道中的所述成像调制器的刷新期间给激光消隐设备短暂地供能；c)通过调制一个或更多个颜色通道中的激光并将该经调制光导向显示表面，来生成第二图像帧；以及d)再次通过驱动所述经调制光的路径上的所述电光调制器，在所述一个或更多个颜色通道中的所述成像调制器的刷新期间给所述激光消隐设备短暂地供能。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一图像帧是右眼图像，而所述第二图像帧是左眼图像。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一图像帧是第一观看者图像，而所述第二图像帧是第二观看者图像。
16.一种用于显示图像的方法，包括a)通过在线性成像调制器处调制激光光线以形成连续的经调制光线，来生成序列图像帧；b)将沿着具有第一偏振传输轴的输出光路径的所述连续的经调制光线导向用于将每个序列图像帧扫描到显示表面上的扫描器；以及c)在帧之间的间隔内沿着所述输出光路径选择性地旋转电光调制器的偏振，以阻挡具有所述第一偏振传输轴的光。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，生成序列图像帧使用双向扫描模式。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述线性成像调制器取自由光栅机电器件、基于压电的空间光调制器和光栅光阀构成的组。
全文摘要
一种显示设备(10)具有至少一个颜色通道，所述至少一个颜色通道针对多个图像帧(92)中的每个图像帧提供经调制光。一个或更多个激光源提供具有第一偏振传输轴的照明束。所述照明束的路径上的成像调制器(854、85g、85b)能够驱动以将经调制光导向投影透镜。在经调制光的路径上的激光消隐设备被布置成在图像帧之间阻挡瞬态光，并且具有至少一个分析器(66)，其具有与第一偏振传输轴正交的第二偏振传输轴；以及至少一个光偏振调制器，其被同步地定时以在帧之间的间隔期间旋转瞬态光的偏振。
文档编号H04N9/31GK102461178SQ201080026270
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月15日
发明者约翰·阿方斯·阿戈斯蒂内利, 詹姆斯·G·法伦, 迈克尔·艾伦·马库斯, 马雷克·沃齐米日·科瓦日 申请人:伊斯曼柯达公司