具有集成调制技术的照明系统的利记博彩app

专利名称：具有集成调制技术的照明系统的利记博彩app
技术领域：
本发明大体来说涉及投影显示系统领域，且更具体来说涉及采用与位于系统中光 阑处的折叠镜相一致的照明中继器的显示系统，所述系统可操作以选择性地回縮及插 入到光学路径中以按改进系统效率的方式引导下游光传输。
背景技术：
投影显示用于大量应用程序，例如产生在电视屏幕上可见的图片。典型的投影显 示系统包含大量组件，包含屏幕、光源及二者之间的光学路径。为创建图片，提供一 个或一个以上光源以在需要时发出光。然后，其产生的光由一系列光学装置操纵以创 建可视图像。然后，沿光学路径创建的可视光显示在可视图像显示屏幕(例如，电视 屏幕)上或另一可视显示上。在多数情形中，目标是产生可能的最好图片。当然，产 生所需要的可视显示的关键是沿光学路径的各种光学装置的配置。这些装置的选择、 操作及配置还用于系统的不可见特性，例如成本及系统资源的有效使用。当前已产生数个类型的投影显示。这些新的显示系统现在变得越来越常见，充当 对广泛使用的CRT (阴极射线管)显示的替换，其中CRT显示通过在经处理的显示表 面产生及引导电子流来产生可视图像。所述流在任一给定时间可仅引导到一个点，但 可以按创建单个图像的可视印记的速度来系统地扫过显示。此技术尚未被完全开发， 但已经达到很难实现质量显著提高的点。CRT还占据相对大量的空间，因为用于产生 电子流的组件必须置于与显示屏相距一定距离处。作为对比，许多当前开发的投影显 示系统具有纤薄得多的外形。另外，投影显示系统一般产生清晰得多的可视图像。这些优点的组合已使得这种系统非常流行。一个这种投影显示系统可从德克萨斯州达拉斯市的德州仪器(Texas Instruments)(商标DLP⑧或Digital Light Processing )购得。DLP⑤投影显示系统在其光学路径中 利用数字微镜装置(DMD)。 DMD通常包含由数以千计的小镜组成的阵列，所述小镜 用于操纵从内部光源发出的光。光学路径中的其它组件调整供DMD使用的光，或传 送其产生的图像。图1是图解说明实例性DMD型投影显示系统IO的简化图。在图1所示显示系统10中，光源ll (例如，其可以是弧光灯或LED)发出首先 穿过第一聚光透镜12的光。某些光源希望产生郎伯发射(Lambertian emission),且聚 光透镜12帮助产生更聚光(且更有用)的光束，然后这些光束继续向下游到色轮13。(应注意，光穿行方向将为便利起见而有时简称为下游)。在图1中，色轮13具有三个部分红、绿和蓝，光束随色轮旋转而穿过这三个部分。例如，色轮13可能随所显 示图像的每一帧而旋转一次，从而使得光(当光源打开时)依次穿过所述不同部分中 的每一者。当前，典型的色轮(未显示)可具有多达6到8个彩色部分，且每帧旋转 2至U3次。在穿过色轮13之后，光穿过第二聚光透镜14且然后落到DMD芯片15上。如上 文提及，DMD芯片15包含安装在(例如)半导体芯片上的数以千计个微镜(多达一 百万或更多)。应注意，出于本文便利起见，DMD和安装在芯片上装置将简称为DMD。 每一微镜与一数字存储器单元(未显示)相关联，且经安装以使得其可以个别调整来 根据需要选择性地引导照到微镜上的光来创建可视图像。此图像根据来自源16的输入 而形成。源16显示为单个块，其代表各种可能的源，例如广播电视站、DVD或游戏 播放装置。当源16提供所需图像的指示时，控制17产生输入以存储在数字存储器单 元中，数字存储器单元将最终确定每一微镜在任一给定瞬间的位置。然后，针对所述 图像从DMD选择性地反射的光从所选镜中的每一者穿过，然后穿过投射透镜18以在 屏幕19上创建可视图像。当然，在屏幕19上创建的可视图像是在任一给定时间选定DMD微镜中每一者的 情况下的位置函数。其还是达到DMD15的光质量的函数。本文已提及色轮的使用。 另外，光可被间歇地阻塞，改变可用于供DMD微镜反射的光的质量。然而，用于阻 塞光路径的当前方法一般要求由形成光学路径本身一部分的元件来吸收光。这会频繁 地产生与不合需要的过量热能累积相关的问题。则需要一种在投影显示系统中引导光 的方法，以使得光可被正确调制，同时准许释放不需要的光能量而不超出热量累积或 其它冷却措施的需要。本发明提供仅此种解决方案。发明内容本发明针对一种有效的照明系统，其调制投射中的光以(例如)增加位宽及改进 由系统产生的可视图像中的对比度。本发明的系统及方法还减轻通常与在使用现有调 制方案时遭遇的过量热量累积相关联的问题。在一个方面中，本发明是投影显示系统，其具有用于发射用于创建可视图像的光的光源及用于显示所述可视图像的显示屏幕。光源及显示屏幕界定光学路径的末端， 光学路径是引导及调制光以产生所需图像的光学装置的集合。镜或功能等效的反射表面可插入到光学路径中及从光学路径中回縮，以使得沿所述路径的某些或所有光传播 可选择性地从第一部分或光学路径引导到沿镜向下游的另一部分。在一个实施例中， 继续沿所述光学路径的经调制光进一步经调制以使用数字微镜装置(DMD)创建图像 本身。镜的插入及回縮由控制器控制，所述控制器还优选地控制光源的操作及DMD (或其它空间光调制装置)。控制器耦合到图像源，其中从所述图像源获得图像信息。 在另一方面中，本发明是用于显示系统中的光学路径。所述光学路径包含接收来自光源的光的第一部分，位于系统光阑处的可回縮折叠镜，其可插入到光学路径中以 选择性地折叠传播光的全部或一部分，优选地以约90。的角度朝向光学路径的第二部 分。未如此引导的光落到置于光学路径外部的光倾泄堆上，其中可吸收所述光，且以 最小程度地影响光学路径组件的方式来有效驱散相关联的热量。或者，所述光学路径 经导向以使得从所述路径移除镜会将光引导到下游的光学路径部分，且插入所述镜会 将光的全部或一部分引导到所述光倾泄堆。折叠镜可安装在用于使用附装到所述镜或 夹持所述镜的框架上的回縮部件将镜横向滑出光学路径的轨道上。在另一实施例中， 镜可经安装以便由于消除了对到光学路径下游部分的任何光的引导而完全旋转出光学 路径或旋转出光学路径。在另一方面中，本发明是一种用于调制投影显示系统中的光的方法，其包含以下 步骤接收在光学路径的第一部分中的光，并使用可插入到所接收光的路径中并从中 移除的折叠镜来选择性地将所接收的光引导到光学路径的第二部分。可如此引导全部 或选定部分，且未引导到光学路径的第二部分的光可被引导到光倾泄堆。所述方法还 可以包含以下步骤提供光源，所述光源及折叠镜部分由耦合到图像信息源的控制器 控制。所述方法还可以包含以下步骤进一步调制引导到所述第二光学路径部分的光 以创建可视图像，并在显示屏幕上显示所创建的图像。本发明的优选实施例的主要优点是调制器处的照明均匀度将随镜移动而保持一 致。这是由于将镜定位在照明光学路径的孔径光阑处的光学属性。本发明的优选实施例的优点是光可经更完全调制以增加投影显示的对比度和位 深度，所述投影显示可以是高清晰度电视(HDTV)的显示屏幕。本发明的优选实施例的进一步优点是借助系统获得较高质量的图像，所述系统简 化系统机械操作并在图像产生中提供较大范围，同时应用调制技术将沿光学路径的不 合需要位置中的过量热量累积最小化。因此，根据下文简要概述的附图、本发明当前优选实施例的下列详细说明及随附 权利要求书，可获得对本发明及其范围的更完整了解。


图1是图解说明实例性DMD类型投影显示系统的简化图；图2图解说明可用于投影显示系统中且可根据本发明来修改的典型光学路径；图3图解说明根据本发明实施例可用于投影显示系统中的光学路径；图4图解说明根据本发明另一实施例可用于投影显示系统中的光学路径；图5图解说明根据本发明另一实施例可用于投影显示系统中的光学路径；图6图解说明根据本发明另一实施例可用于投影显示系统中的光学路径；图7是图解说明根据本发明另一实施例的投影显示系统的选定组件的图示；及图8是图解说明根据本发明实施例调制在投影显示系统中的光的方法的流程图。
具体实施方式
本发明将参照指定背景中的优选实施例来描述，即使用空间光调制(SLM)在显 示屏幕上产生可视图像的投影显示系统。然而，本发明还可以适用于调制光以产生可 视图像供显示的其它光学系统中的优点。自然地，在任何投影显示系统中， 一个目标是在可视图像显示屏幕上产生高质量 的可视图像。然而，用于实现此目标的技术一般由其它设计约束限定，例如某些组件 的成本，或在执行所述技术的可靠性方面遭遇的困难。在多数情形中，用于执行所述 技术所需求的组件占据的空间量也是考虑因素，特别是现代显示系统应用程序，例如 HDTV，其中具有有限的深度尺寸将是巨大的商业优势。这又会导致关于由系统的电 传输部分及光传输部分产生的热量的消散相关的设计约束。可视图像质量的一个标准是对比度。对比度是指图像的一部分与另一部分或许多 其它部分之间的亮度差。在展现图像时，可产生的对比度相依于调制用于制造图像的 光以创建各种不同强度的能力。尽管由光源产生的光束在理论上可被改变为几乎任何 强度水平，但在实践中，不同水平的数量相依于调制装置可用于指定某一水平的位数 (信息单元)。可用的最大位数通常称为位深度。因此，增加位深度将对图像质量具有 积极影响。在投影显示系统中，可视图像本身由调制光束以使得显示屏幕被正确照明的装置 产生。例如DMD等装置实际上逐组件地创建图像，并在正常情况下通过放大图像以 供展示的投射透镜将图像引导到显示屏幕。然而，控制到达DMD的光质量还有助于 所产生的图像。光源与DMD之间的光学路径的配置会影响此控制。如上文提及，如本文所使用的术语，光学路径是指由从光源穿行到可视显示屏幕 或类似目的地的光所占据的路径，且由用于随其传播来引导及修改所述光的各种装置 界定。应注意，尽管光源及显示屏幕通常界定光学路径的末端，但其实际上是否被视 为光学路径的一部分对本揭示内容并不重要，除非明确提及或从上下文中显而易见。 术语"光学路径"还可以不时地用于指总光学路径的一部分，也就是说，所述术语并 不一定暗示在特定上下文中未提及的组件的出现。现将描述本发明可能有利地应用的 光学路径。图2图解说明典型的光学路径20，其可用于投影显示系统中，且可根据本发明来 修改，如下文将描述。在光学路径20中，DMD30由穿过全内反射(TIR)棱镜系统 (一般标记为29)的光照明。图2所示光学路径20包含高强度灯组合件21作为光源。 来自光源21的光(在这一实例中，是来自高强度UHP (超高压)弧光灯的白光)首 先穿过聚光透镜22，聚光透镜22在光落到旋转滤光色轮组合件23上之前使光会聚。 然后，用排列在涡流盘上的滤波器序列将光转换成主波长(例如红、绿及蓝)。经如此 转换的光又穿过积分棒24以使用透明光学介质中的多个内反射来产生均匀光束。然后，光从积分棒24穿过一组中继透镜25。所述组中继透镜25通常由第一透镜26、第 二透镜27和第三透镜28组成，其中第三透镜28使有色光束的形状适合TIR棱镜组 合件29的光学孔径。传送到TIR棱镜31内的成序列有色光以大于第一 TIR棱镜表面32的临界角的角 度击中所述表面，并在所述表面上反射出去到DMD 30的表面上。经调制光从DMD 30 的经适合翻转的镜反射回，通过TIR棱镜组合件29，并以小于TIR棱镜表面32的临 界角的角度击中所述表面。因此，此光在棱镜组合件29外部穿过TIR棱镜表面32， 并进入投射透镜33。投射透镜33将图像聚焦到可视显示屏幕(图2中未显示)上。在上述系统中，色轮组合件23参照波长来调制在其沿光学路径穿行到DMD (或 其它SLM装置)的光。根据本发明，还(或者)可以针对强度及连续性来进行有效调 制。现将参照图3来描述此原理。图3图解说明根据本发明实施例可用于投影显示系统中的光学路径100。应注意， 光学路径100的描述类似于图2中图解说明的光学路径20,尽管不一致且有些简化。 根据本发明的此实施例，光学路径100开始于光源101处。光源101发出的光进入聚 光透镜102，以使得其可聚焦于色轮103上。在穿过色轮103之后，光束并入积分器 104，且然后穿过第一组中继透镜105。在这一实施例中，第一组中继透镜105包含中 继透镜106和中继透镜107。应注意，在描述本发明的此实施例时，光学装置102到 107将被视为界定光学路径100的第一部分110。在穿过第一组中继透镜105之后，传播光达到标明为光阑115的位置处。光阑115 处安置有镜120，镜120经安装以便按将其从光学路径移除的某种方式来移动。从第 一部分110击中镜120的光向光学路径100的第二部分130反射。在这一实施例中， 光学路径第二部分包含第二中继透镜组135和棱镜140。第二中继透镜组135包含透 镜136和透镜137。应注意，图3中图解说明的光学路径100仅是根据本发明用于显 示系统中的整个光学路径的一部分。在优选实施例中，引导到光学路径100的第二部 分130的光将继续到DMD (图3中未显示)，并经调制以投射到显示屏幕上。在这种 实施例中，镜120因此影响达到DMD的光的特性，且最终影响所显示的可视图像。在操作中，镜120可选择性地从光学路径100移除。在图3所示实施例中，当移 除镜120时，其并不将来自第一光学路径部分110的光反射到第二部分130，而是允 许所述光传送到光倾泄堆145。光倾泄堆145位于光学路径100外部，且包含(例如) 铝箔，铝箔面对光学路径100的表面146已被涂黑。光倾泄堆145安装于衬底147上 或其它结构上，充当协助消散朝向衬底或其它结构引导的光的热能的散热器。例如光 倾泄堆145等光倾泄堆的出现是优选的，但并非必需。在图3所示实施例中，将源自光源101处的光以此方式引导到光倾泄堆145或光 学路径100的第二部分130。应注意，虽然在本文中以此方式使用术语"引导到"，但 事实是当从光学路径100移除镜120时，光仅以其到达光阑115时的方向继续。在另 一实施例中(未显示)，在光学路径的第一及第二部分中穿行的光以大致相同的方向来传播，且镜120在插入时通过以适合方向反射光来使得光被引导到光倾泄堆。然而，在图3的优选实施例中，镜120是折叠镜，其将从第一部分110接收的光折叠约90。 以使得其继续到第二部分130。还应注意，通过部分地插入或移除镜120，将一部分光 引导到光倾泄堆145，且一部分引导到光学路径100的第二部分130。以此方式，与光学路径IOO相关联的显示系统提供有用于调制来自光源101的光 的机制，即使之前所述光最后是由位于下游的DMD来调制。通过选择性地改变到达 DMD的光的特性，实现更大的位深度，且可在显示于系统显示屏幕上的可视图像中 展现更明显的内容。在由镜120选择性插入到光学路径100中的特性中是那些可被描 述为强度及连续性的特性。应了解，如果仅以此方式引导到达镜120的一部分光，则 穿过光学路径第二部分130到下游DMD的光将不太强烈。当然，当完全引导到光倾 泄堆145时，光完全不传送到第二部分130。然而，这并不意味着可视显示屏幕将是 暗的。光束的暂时(且通常非常短暂)中断将不被直接感觉到。所显示的图像将通过 向DMD提供不同质量的光来改变，但图像对观看者来说还是连续显示的。存在大量可安装镜120的方式。图4到6图解说明实例性选择。应注意，在这些 图示中，光学路径100与图3中图解说明的相同，且个别组件是所有这些图示所共用， 无需再描述。图4图解说明根据本发明另一实施例可用于投影显示系统中的光学路径 190。镜120安装在框架155中，框架155又耦合到回縮部件160。在操作中，回縮部 件160以纵向方向(以箭头显示)来回移动，以使得镜120可移动到光学路径190内 或移出。虚线120'显示被(完全)抽回的镜的位置。在某些实施例中，镜可仅通过框 架155和回縮部件160来安装(固持于某处)。在其它实施例中，镜120和框架155 安装在能够滑动的轨道(未显示)上，且回縮部件160通过沿轨道滑动镜来提供仅对 插入或移除镜必需的力。镜120还可以以旋转方式安装。图5图解说明根据本发明另一实施例可用于投影 显示系统中的光学路径192。在图5所示实施例中，代替图4中所示回縮部件，形成 框架155以包含(或附装到)立柱170，经框架的镜120可绕立柱170旋转以将其从 光学路径100移除。在这一实施例中，立柱170大致位于框架155的一端处。然而， 此并非可使用的唯一位置。图6图解说明根据本发明另一实施例可用于投影显示系统 中的光学路径194。在图6的实施例中，立柱位于框架155的中间附近。于此情形中， 镜并不以物理方式离开光学路径194，其仅旋转以使得没有光(或并非全部光)被引 导到光学路径100的第二部分130。然而，为便利起见，在这一情形中，镜将被视为 已从光学路径移除或部分移除。应注意，在其中镜旋转的实施例中，光可以某一角度 反射，即使不足以到达光学路径第二部分130的组件。在这些环境中，可能需要延伸 光倾泄堆145以吸收更多的无用光。此一实例显示于图6中。图7是图解说明根据本发明实施例的投影显示系统200的选定组件的图示。应显 而易见，图7所示显示系统200包含与图2所示光学路径20相同的许多组件，且类似 组件均类似地编号。另外，镜201已插入透镜226与透镜204之间，以根据本发明来操作。于此实施例中，镜201直接安装在回縮部件202上，回縮部件202在操作中将 镜201滑动到光学路径210内或滑出。光源221、 DMD 230和回縮部件202的操作由 控制器206控制以基于从源207接收的图像信息在显示屏幕205上产生可视图像。在这一实施例中，当镜201在(或部分在)光学路径210中时，光约折叠90°且 从光学路径第一部分211引导到光学路径第二部分212。将由光源211发出且未朝向 第二部分212折叠的任何光引导到光倾泄堆208。换句话说，光学路径210已被有效 划分成第一部分211及第二部分212，其由折叠镜201结束于显示屏幕205处。然而， 应注意，所述光学路径的两个部分之间的划分并不一定精确地发生于此位置处，且还 可以替代地发生于其它组件之间。然而，镜120优选地置于光学路径210的光阑215 处，以使得DMD 230处的照明将在即使镜被移动时仍维持一致。还应注意，在图7 中，如其它图示，不打算代表任何比例或相对大小。各组件可相对地离其它组件更近 或更远。光学路径组件的数量及相对大小也可以变化。图8是图解说明一种根据本发明实施例来调制投影显示系统300中的光的方法的 流程图。在开始处，假设描绘于图7中的显示系统(例如，显示系统200)可操作。 还假定某些源己提供可用于使用显示系统来构造可视图像的信息。然后，系统控制器 分析来自所述源的可视图像信息，以引导有效系统组件如何调制光路径中的光来产生 所需效果(步骤305)。例如，有效组件包含光源221、折叠镜201、及DMD230 (图 7中显示)，其每一者在展现时将执行功能以正确调制来自光源的光并在显示屏幕上创 建可视图像。(例如静态透镜及棱镜等非有效组件当然也可以视为干扰传播光的调制， 但其功能在这一方面并不由控制器控制。)一旦确定用于操作的程序，至少到最初显示图像所必需的程度，就激活光源(步 骤310)。在这一实施例中，随后在光学路径的第一部分中接收从光源发出的光(步骤 315)。然后，光到达折叠镜并被引导(步骤320)到光学路径的第二部分或光倾泄堆。 在一个实施例中，这是通过将折叠镜滑动到光学路径内及滑出来实现的。当镜己被插 入到光学路径中时，来自中继透镜的光以90°角折叠以使得其继续在光学路径的第二 部分中被接收(步骤325)。在另一实施例(未显示)中，折叠镜可将其接收的光折叠 到光倾泄堆，并移出光学路径以允许所述光将光向下游引导到第二光学路径部分。如上文提及，所述镜还被分割以仅将光的一部分反射到光学路径的接续部分(或 者，在替代实施例中，反射到光倾泄堆)。然而，应注意，在本发明的某些实施例中， 到达安置镜的光阑处的某些光可能不被引导到光倾泄堆或光学路径的下一部分，但这 并非优选的，且在多数情形中此情景应被避免。可选择性插入的镜以此方式调制光学 路径中的光。当然，此镜行动自身将不会形成可视图像。所述功能将在步骤330中大 部分由DMD执行。然后，投射透镜放大所述图像(步骤335)，然后将其显示于显示 屏幕上(步骤340)。本发明所属技术领域的技术人员将了解，可在不背离所申请的发明的范围的情况 下对所述实例性实施例及所实施的其它实施例做出各种变化。
权利要求
1、一种显示系统，其包括光源；显示屏幕；光学路径，其用于将来自所述光源的光引导到所述显示屏幕，所述光学路径包括用于调制所述光以在所述显示屏幕上产生可视图像的调制构件；及控制器，其用于控制所述调制构件；其中所述调制构件包括镜，所述镜可选择性地插入到所述光学路径中以调节光的传输。
2、 如权利要求1所述的显示系统，其中所述调制构件进一步包括数字微镜装置； 其中所述镜是在插入到所述光学路径中时以约90°的角度折叠所述光的折叠镜。
3、 如权利要求1或2所述的显示系统，其进一步包括用于通过所述镜的操作来 吸收来自所述光源的未沿所述光学路径传输的光的光倾泄堆。
4、 一种供在显示系统中使用的光学路径，其包括 光源，其用于沿路径发出光；镜，其可选择性地插入到所述光路径中以控制光沿所述路径的传播；及 光倾泄堆，其用于吸收由所述光源发出但未沿所述光路径传输的光。
5、 如权利要求4所述的光学路径，其进一步包括积分器管，其经安置以使由所述光源发出的光准直，及至少一个中继透镜，经安置以接收经所述积分器管准直的光；其中所述至少一个中继透镜安置于所述积分器管与所述镜之间。
6、 如权利要求4所述的光学路径，其中所述镜安置于所述至少一个中继透镜与 所述光倾泄堆之间。
7、 如权利要求4、 5或6所述的光学路径，其中所述至少一个镜是安置于所述光 学路径的光阑处的折叠镜。
8、 如权利要求7所述的光学路径，其中所述镜在部分插入到所述光学路径中时 以约90°的角度折叠所述传播光的一部分。
9、 一种在可视显示系统中提供经调制光的方法，所述方法包括以下步骤 在光学路径的第一部分中接收光；及选择性地将所述接收的光引导到所述光学路径的第二部分；其中所述选择性引导步骤是通过使折叠镜插入及回縮到所述接收的光的路径中 来执行的。
10、 如权利要求9所述的方法，其中光倾泄堆经定位以接收未被引导到所述光学 路径的所述第二部分的光。
全文摘要
一种用于调制沿光学路径(100)传播的光的系统及方法，所述光学路径(100)例如投影显示系统中的光学路径。当所述光学路径中的光从光源(101)行进到显示屏幕时，所述光通过所述光学路径的各种组件整形及调制以便在所述显示屏幕上显现预期的可视图像。根据本发明，安置于所述光学路径附近的镜(120)可操作以选择性地从所述光学路径插入及移除，以将所述光交替地从所述光学路径的一部分引导到另一部分或引导到光倾泄堆(145)，在所述光倾泄堆处可吸收所述光以便可适当地消散相关联的热能。
文档编号G02B26/00GK101336387SQ200680052054
公开日2008年12月31日 申请日期2006年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者布赖斯·丹尼尔·索耶斯, 杜安·斯科特·德瓦尔德, 迈克尔·T·戴维斯 申请人:德州仪器公司