专利名称：基于电视背投的空间光调制器的峰值亮度增强的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影显示器的峰值亮度的增强，特别涉及通过选择性地控制屏幕照明的均匀性来控制峰值亮度。
背景技术：
基于LCD、LCOS或DLP成像器的背投电视(RPTV)引擎，具有执行某些重要步骤来确保足够的光通量的照明系统。第一步骤是格式转换。由反射镜聚集的圆形光束不适合用来照明方形成像器，因为会损失太多的光。为此，通常使用蝇眼(fly-eye)透镜和矩形光导管。这些透镜将光束覆盖区域格式从圆形转换为矩形。由所述RPTV照明系统执行的第二步骤是实现成像器的非常均匀的照明。这实际上是光导管和蝇眼透镜自然具有的能力。这些元件原理上能够提供非常均匀的照明。在需要均匀场来投影的地方，对数据投影来说，这是合理的和悦人心意的，因为在大部分时间幻灯片具有大的均匀区域。数据投影仪也可以将大量流明放置在屏幕上，因为这里不大需要削剪光谱的黄色峰值来达到非常好的白平衡。
另一方面，意图用于视频应用的照明必须具有极好的白色色调，并且因为它们需要更便宜，使用的成像器倾向于比数据投影仪中的更小。因此，由于所有的这些限制，光输出更加有限。但是，视频内容不需要具有像数据投影一样的90到100％的屏幕亮度的均匀性，而且，在不损失光功率的情况下，如果通过牺牲均匀性可以使该装置的中心峰值亮度得到重大改进，那么它将有利于TV的应用。目前因为它们的有限光输出而被限制在小屏幕尺寸(40”到46”)的RPTV中使用的光引擎可以通过改进峰值亮度而在更大屏幕尺寸的电视中(50-52”)使用。
发明内容
本发明涉及一种用于增加RPTV引擎中的显示峰值亮度而实际不增加总光输出的方法和装置。光由白光照明源产生并且经由光学地处理以产生矩形格式的光束。光束有意地形成为具有不均匀的照明，从光束中心处的照明峰值变化到光束外围处的照明最小值。光学处理步骤可以包括变化照明以选择性地产生照明轮廓，该照明轮廓从峰值照明到最小照明减少至少大约30％到70％。配置光学积分器以在其末端产生至少部分由积分器的长度控制的照明轮廓。可以配置积分器以使得长度的减少能减少均匀性。此外，光学处理步骤包括光学传递系统，其能将非均匀的照明从积分器的输出端成像到至少一个成像器上。成像器调制所述光线，并且存在投影透镜将由成像器调制的光线成像到屏幕上。将图像给观众呈现在由菲涅耳透镜和双凸透镜组成的漫射屏上并且它的穿越屏幕的照明贡献被形成为相同类型的亮度变化，带有在中心的峰值和朝向边缘的亮度衰减。
本发明也可以用RPTV引擎装置的形式来具体表达，所述RPTV引擎装置在实际不增加总光输出时能提供显示峰值亮度的增加。所述装置包括产生光的照明源和光学处理器。所述光学处理器可以被排列用于将由所述照明源产生的光转换为矩形格式的光束。此外，所述光学处理器包括积分器。所述积分器产生矩形形状和从中心到边缘的照明变化以用于产生带有非均匀的照明的光束。特别地，所述光积分器可以配置用来产生照明从光束中心的峰值变化到光束外围的最小值的光束。所述积分器可以变化照明以选择性地产生从峰值照明到最小值照明减少至少大约30％到70％的照明轮廓。所述积分器组件可以是固态玻璃棒，或是在它的长度的四个边上带有镜子的中空矩形导管。然而，也可使用其它类型的积分器用于此目的并且本发明并不有意于限定于此。可以提供透镜用于将光束注入积分器。可以选择积分器的长度来控制照明轮廓。例如可以减少所述积分器的长度来减少非均匀性。
图1是示出如传统光装置产生的矩形光束的相对强度的说明图。
图2是示出使用本发明装置产生的矩形光束的相对强度的说明图。
图3是示出如何处理来自光源的光以形成RPTV中的光束的说明图。
图4是示出传统RPTV光引擎产生的总照明的翻转和折叠结构的图形表示图。
图5是示出根据本发明装置的RPTV光引擎产生的总照明的翻转和折叠结构的图形表示图。
具体实施例方式
传统RPTV光引擎被设计用来产生具有极好白色色调的矩形格式的光束，并且图1A是如传统RPTV光引擎产生的矩形格式的光束100的说明图。图1B是示出沿图1中的线B-B测量的光束100的相对强度的曲线图。图1B图解说明了所述相对强度从光束中心102的峰值100％变化到光束外围104的大约90％。在这种传统RPTV系统中，光引擎被传统地设计用来产生最大均匀性的光束。
然而，值得注意的是，已经发现与屏幕外围边缘相比，屏幕中心处的强度可以更严重地影响电视观众对正在观看的屏幕亮度的感觉。因此，通过使得更大的光束强度显示在屏幕的中心以及在外围边缘具有更大的亮度衰减可以让观众有更亮的屏幕的感觉。从而，图2A示出了如使用本发明的装置产生的矩形格式的光束200。图2B图解说明了如所考虑的沿线B-B的光束200的强度。图2示出了光束200的外围边缘204处的强度可以相当大地小于中心202处的峰值强度而在视觉体验上没有重大的降低。更特别地，外围屏幕边缘204处的强度可以在大约30％到70％之间小于屏幕中心202处的峰值亮度。
图3是示出如何处理来自光源304的光以形成RPTV中的光束的说明图。所述光引擎可包括反射镜302、积分器308和将来自反射镜的光注入积分器的透镜306。积分器308可以是固态玻璃棒，或是在它的长度的四个边上带有镜子的中空矩形导管。然而，也可使用其它类型的积分器用于此目的并且本发明并不限于于此。所述积分器代表性地制作成足够长以用来产生矩形的和强度非常均匀的合成光束。在光束经过积分器308后，它还代表性地穿过诸如透镜310的光学元件。最后光束被投影到至少一个成像器312。在许多例子中，可以使用不止一个成像器。例如，可以将光束投影到三个成像器。
现在参照图4，示出了长度为L的积分器308的输出和如传统RPTV光引擎产生的总照明的翻转和重叠(flip and flod)结构的图形表示。如图所示，带有长度为L的积分器的传统RPTV光引擎在它的输出端产生非常接近均匀的总照明曲线图400。通过比较，图5是示出根据本发明装置的RPTV光引擎产生的总照明的翻转和折叠结构的图形表示图。如图5所示，光导管总长度相当大地减少了大约3/5因子。如此产生的得到的总照明曲线500具有相当大地较小均匀性的照明轮廓。而且，总照明曲线500在中心处具有峰值。因而，当利用所述光束来照明成像器312时，得到的图像将在中心处更亮，在该中心处所增加的照明很可能在观众的全部屏幕亮度的感觉上具有最大的影响。
本技术领域的人员应该懂得，存在各种各样的方法可以控制光束强度的均匀性来产生中心处的峰值。因此，在此描述的与图3-5有关的实施例应当被理解为示例性的而不是以任何形式限制本发明。可以利用任何适当的光学处理方案来用于此目的，其能增加照明成像器312的光束中心处的光强并且减少朝向光束外围边缘方向上的亮度。
权利要求
1.在RPTV引擎中，一种增加显示亮度而实际上不增加总光输出的方法，包括使用照明源产生光；光学地处理由所述照明源产生的所述光，以便产生强度非均匀的矩形格式的光束(100或200)，该光束从所述光束中心(102或202)处的峰值强度变化到所述光束外围(104)处的最小值强度；和将所述光投影在RPTV引擎的至少一个成像器(312)上。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学处理步骤还包括变化所述强度，以便选择性地产生照明轮廓，该照明轮廓从所述峰值强度到所述最小值强度减少至少大约30％到70％。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学处理步骤还包括经过积分器(308)投影所述光束，并且其中所述照明轮廓至少部分地由所述积分器的长度来控制。
4.如权利要求3所述的方法，其中，选择性地减少所述积分器的长度来减少均匀性。
5.一种明显增加显示亮度而实际上不增加总光输出的RPTV引擎，包括产生光的照明源；光学处理器，所述光学处理器将所述照明源产生的所述光转换为强度非均匀的矩形格式的光束(100或200)，并且所述光束从所述光束的中心处(102或202)的峰值强度变化到所述光束的外围(104)处的最小值强度；和RPTV引擎的至少一个成像器(312)，其上被投影所述光束。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述光学处理器包括光积分器，所述光积分器变化所述强度以选择性地产生照明轮廓，该照明轮廓从所述峰值强度到所述最小值强度减少至少大约30％到70％。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述光积分器是积分器，并且所述光学处理器还包括用于通过所述积分器投影所述光束的透镜(306或310)。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述照明轮廓是至少部分基于所述积分器的长度来选择性地确定的。
9.如权利要求8所述的装置，其中选择性地减少所述积分器的长度来减少均匀性。
全文摘要
一种用于在RPTV引擎中明显增加显示亮度而实际上不增加总光输出的方法和装置。光由照明源产生并且被光学地处理以产生矩形格式的光束(100或200)。所述光束有意地形成为具有不均匀的强度，其从所述光束的中心(102或202)处的峰值强度变化到所述光束的外围(104)处的最小值强度。所述光学处理步骤可以包括变化所述强度以选择性地产生照明轮廓，该照明轮廓从所述峰值强度到最小值强度减少至少大约30％到70％。所述光学处理步骤还可以包括经过积分器(308)投影所述光束，所述积分器被配置来产生至少部分由所述积分器的长度来控制的照明轮廓。所述积分器可以配置使得长度上的减少能带来减少的均匀性。
文档编号G03B21/10GK1653807SQ03811273
公开日2005年8月10日 申请日期2003年4月16日 优先权日2002年5月17日
发明者瓦尔特·德拉齐克, 尤金·M·奥唐奈 申请人:汤姆森特许公司