專利名稱：像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代投影顯示技術(shù)中像素式投影顯示已經(jīng)成為主流技術(shù)。如基于薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)的液晶投影顯示技術(shù)、硅基上的液晶顯示器的LCOS投影顯示技術(shù)、以及基于數(shù)字微鏡DMD的數(shù)字光處理投影顯示技術(shù)DLP等。這些大屏幕的投影技術(shù)被廣泛應(yīng)用于辦公、廣告、電化教學(xué)以及家庭娛樂中。但是，像素式投影顯示都有一個共同的缺點(diǎn)，由于圖像畫面是由一個一個像素構(gòu)成的，而每個像素之間有一定的間隔，因此在顯示的畫面中就會形成黑色柵格，這種黑色柵格嚴(yán)重影響了圖像的美觀。這也正是數(shù)字投影顯示技術(shù)與模擬的傳統(tǒng)膠片電影投影顯示的最大差異與劣勢。本發(fā)明正是針對這種現(xiàn)象而做出的一種高效的去除數(shù)字投影顯示中柵格的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法及系統(tǒng)。
像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法是采用多像小尺度位移疊合實(shí)現(xiàn)像素間柵格去除的方法。
像素式投影顯示器的圖像柵格去除系統(tǒng)是依次具有屏幕、物鏡、分色、合光或偏振棱鏡系統(tǒng)、空間光調(diào)制器，在空間光調(diào)制器前面，或者在進(jìn)入投影物鏡之前的光路中放有圖像平滑器。
本發(fā)明的優(yōu)奌去除空間光調(diào)制器投影系統(tǒng)的黑色柵格，實(shí)現(xiàn)理想的電影級高清晰度電視投影顯示，系統(tǒng)簡單，方便，結(jié)構(gòu)緊湊。
克服了常規(guī)光學(xué)低通濾波器采用付氏光學(xué)，孔欄濾波系統(tǒng)復(fù)雜體積龐大的弱點(diǎn)。
低通濾波的頻率方便可調(diào)，可以適用于不同分辨率的空間光調(diào)制器投影系統(tǒng)。
對投影系統(tǒng)的光能量影響小，光學(xué)效率高。


圖1是簡化的空間光調(diào)制器投影系統(tǒng)中的成像部分原理結(jié)構(gòu)圖；
圖2是空間光調(diào)制器的像素結(jié)構(gòu)圖；圖3是單軸晶體裂像原理圖；圖4是單片晶體與組合晶體的圖像錯位疊合去除黑色柵格過程；圖5是簡化的空間光調(diào)制器投影系統(tǒng)中加入圖像平滑器的成像部分原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法是采用多像小尺度位移疊合實(shí)現(xiàn)像素間柵格去除的方法。
所說的產(chǎn)生多像的光學(xué)晶體波片是單片，一個方向的錯位疊合的黑色柵格去除方法。產(chǎn)生多像的光學(xué)晶體波片，采用多片光學(xué)晶體的疊合構(gòu)成圖像空間多方向錯位疊合的黑色柵格去除方法。產(chǎn)生多像的光學(xué)晶體波片或多片光學(xué)各向異性薄片的組合，放在像素空間光調(diào)制器前面，或者放在進(jìn)入投影物鏡之前的光路中。
像素式投影顯示器的圖像柵格去除系統(tǒng)依次具有屏幕1、物鏡2、分色、合光或偏振棱鏡系統(tǒng)3、空間光調(diào)制器4，在空間光調(diào)制器前面，或者在進(jìn)入投影物鏡之前的光路中放有圖像平滑器5。圖像平滑器5是光學(xué)各向異性材料或多片光學(xué)晶體薄片的組合件。
現(xiàn)代光閥式投影顯示中，往往采用高效氣體放電燈產(chǎn)生高亮度白光，由光學(xué)系統(tǒng)的光積分器，以及分色系統(tǒng)將白光分成紅、綠、蘭三色光照射在空間光調(diào)制器上，經(jīng)空間光調(diào)制器反射或透射的光再有合色系統(tǒng)合成白光由投影物鏡投影成像。無論TFT-LCD、LCOS還是DMD芯片，都必須采用光學(xué)投影技術(shù)才能構(gòu)成高清晰度投影顯示器，而投影物鏡的作用就是將空間光調(diào)制器精確投影成像。另外一類投影顯示是采用彩色時序技術(shù)彩色空間掃描技術(shù)，利用單個高響應(yīng)速度的空間光調(diào)制器，配合投影物鏡投影成像。
因此投影顯示系統(tǒng)可以看成由兩大部分構(gòu)成，照明系統(tǒng)與投影成像系統(tǒng)。投影物鏡的作用就是將空間光調(diào)制器的像素結(jié)構(gòu)將全部成果成像在屏幕上。而像素之間的間隔形成的柵格黑線也就出現(xiàn)在屏幕上。這種疊在投影圖像畫面上的柵格，無論是單片式空間光調(diào)制器還是三片式空間光調(diào)制器的投影顯示系統(tǒng)中均存在。不同的是不同的空間光調(diào)制器柵格的清晰程度不一樣，主要取決于空間光調(diào)制器的像素的開口率。因此，為了獲得電影品質(zhì)的畫面圖像，去除高分辨空間光調(diào)制器投影顯示系統(tǒng)的投影圖像畫面柵格是十分必要的技術(shù)。
不論何種空間光投影顯示系統(tǒng)，其投影成像部分的原理可以簡化為屏幕1、物鏡2、分色、合光或偏振棱鏡系統(tǒng)3、空間光調(diào)制器4幾個部分組成如圖1所示。空間光調(diào)制器4的像素圖如圖2所示，每個像素有一定的開口率，也有一定的間隔，因此屏幕上的畫面就是空間光調(diào)制器的放大圖像。
對投影顯示的圖像而言，黑色柵格的尺寸遠(yuǎn)小于一個像素的尺寸，因此是顯示畫面中的最高頻率圖像成分，如果能采用一個成像系統(tǒng)的圖像低通濾波器，僅僅讓低于此頻率的圖像經(jīng)過投影物鏡，則可以去除黑色柵格?？梢栽O(shè)想，用一個門函數(shù)，去卷積圖像函數(shù)這可以起到低通濾波的作用，可以去除陣列空間光調(diào)制器投影成像的黑色柵格。
在光學(xué)上，門函數(shù)與圖像函數(shù)的卷積可以用多個不同移位量的圖像的疊加來實(shí)現(xiàn)。因此只要可以使圖像產(chǎn)生裂像，而且裂像的距離有可以控制的器件，就可以用于黑色柵格的去除。因此，各種能夠產(chǎn)生裂像的雙折射材料都可以應(yīng)用于黑色柵格圖像的去除。
利用光學(xué)雙折射晶體的雙折射效應(yīng)可以去除空間光調(diào)制器像素之間將各所產(chǎn)生的黑色柵格。最簡單地，我們采用單軸的水晶晶體來實(shí)現(xiàn)黑色柵格的去除。
我們知道對于一個單軸晶體的薄片，當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)，且與晶片表面成φ度角時，如圖3所示，入射光進(jìn)入晶體后將被分成尋常光與非尋常光，即O光與e光。此兩光束出射晶體后，成為兩束平行光束，設(shè)晶體的O光與e光的折射率為no，ne，則此兩出射光束的間距為h=dtgθ=d(ne2-no2)sin(2φ)2(ne2cos2φ+no2sin2φ)]]>其中no，ne為晶體的折射率，φ為晶軸與入射表面的夾角。當(dāng)采用水晶這類的晶片時，由于水晶在可見光區(qū)no的值在1.54左右，ne的值在1.55左右，如果我們?nèi)【лS與表面的夾角φ為45°，則由上式可得，裂像的距離與晶片的厚度的關(guān)系為h＝0.0065d (μm)我們可以選擇晶片的厚度，使兩束光束的偏移量等于半個像素大小。這樣與原來的一個像素就變成錯位半個像素的兩個像素。像素之間的黑色柵格就被相鄰像素的照明，黑色柵格去除。如圖4a所示。假設(shè)空間光調(diào)制器陣列器件的像素大小為16微米，則半個像素就是8微米，因此水晶的厚度應(yīng)為1.23mm。
注意當(dāng)采用晶軸如圖3標(biāo)注的單軸晶體時，裂像的方向是沿著晶軸在晶體表面投影所指的方向。當(dāng)然為了去除黑色柵格，我們沒有必要移動半個像素，為了減少成本，同時也是為了減少引入水晶片對投影物鏡成像質(zhì)量的影響，應(yīng)該盡量減薄晶片厚度，為此可以采用錯位1/3像素的方法，這樣水晶厚度將減薄至0.82mm。
一片晶體薄片只能產(chǎn)生往一個方向移動(錯位)的兩個像素。為了更全面去除柵格，可以采用多片晶軸方向相互交角的晶片組合，獲得像素在多個方向上的錯位疊合，以保證黑色柵格的徹底去除。多晶片的組合原理，是依據(jù)如何能使像素圖像的疊合能夠以最少的錯位就能去除為原則進(jìn)行的。一般采用兩片至三片的晶片為佳。為了保證經(jīng)過前一晶片后的光對后一晶片而言，均存在兩種偏振分量，因此各相鄰晶片的晶軸的在晶片表面上的投影必須有一定的夾角，不能為零或90度，一般而言以相互之間45度交角相組合最佳。如圖4b所示。
多片晶片的組合在厚度選擇上要考慮多片晶片錯位像之間的位置排布間題。可以采用不等厚度的晶片組合，以便使錯位圖像在空間上均勻排布。
裂像元件放在投影系統(tǒng)中的位置十分重要。對于DLP投影顯示系統(tǒng)，無論是單片式DLP投影顯示，還是三片式投影顯示，裂像元件(例如，晶片或晶片組合)可以直接放在DMD器件之前。
對LCD與LCOS投影顯示系統(tǒng)而言，裂像元件(例如，晶片或晶片組合)對偏振光的依賴性以及裂像的偏振特性，都會影響系統(tǒng)的投影顯示性能。依據(jù)系統(tǒng)構(gòu)造的不同，如果裂像元件與偏振無關(guān)，則可以放在液晶板LCD與LCOS之前，如果裂像元件(例如，晶片或組合晶片)與偏振特性相關(guān)，則裂像元件(例如，晶片或晶片組合)只能放在LCD或LCOS的檢偏器之后，也可以放在合色棱鏡之后，投影物鏡之前。組合晶片放的位置的正確與否，會影響系統(tǒng)的能量或系統(tǒng)的色平衡，特別是對于液晶等利用偏振光的投影顯示系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法，其特征在于采用多像小尺度位移疊合實(shí)現(xiàn)像素間柵格去除的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法，其特征在于所說的產(chǎn)生多像的光學(xué)晶體波片是單片，一個方向的錯位疊合的黑色柵格去除方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法，其特征在于所說的產(chǎn)生多像的光學(xué)晶體波片，采用多片光學(xué)晶體的疊合構(gòu)成圖像空間多方向錯位疊合的黑色柵格去除方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法，其特征在于所說的產(chǎn)生多像的光學(xué)晶體波片或多片光學(xué)各向異性薄片的組合，放在像素空間光調(diào)制器前面，或者放在進(jìn)入投影物鏡之前的光路中。
6.一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除系統(tǒng)，其特征在于它依次具有屏幕(1)、物鏡(2)、分色、合光或偏振棱鏡系統(tǒng)(3)、空間光調(diào)制器(4)，在空間光調(diào)制器前面，或者在進(jìn)入投影物鏡之前的光路中放有圖像平滑器(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除系統(tǒng)，其特征在于所說的圖像平滑器(5)是光學(xué)各向異性材料或多片光學(xué)晶體薄片的組合件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種像素式投影顯示器的圖像柵格去除方法及系統(tǒng)。采用多像小尺度位移疊合實(shí)現(xiàn)像素間柵格去除的方法。它依次具有屏幕、物鏡、分色、合光或偏振棱鏡系統(tǒng)、空間光調(diào)制器，在陣列空間光調(diào)制器前面，或者在進(jìn)入投影物鏡之前的光路中放有圖像平滑器。應(yīng)用門函數(shù)卷積低通濾波原理，采用裂像元件實(shí)現(xiàn)矩陣像素空間光調(diào)制器投影顯示中的黑色柵格圖像去除，這些裂像元件可以是光學(xué)晶體或其他各項(xiàng)異性材料。這種像素矩陣投影成像柵格去除技術(shù)可以應(yīng)用于液晶(LCD)投影、硅片上的液晶(LCOS)投影、數(shù)字光處理器件(DLP)投影以及其他陣列空間光調(diào)制器投影技術(shù)之中。
文檔編號G02F1/01GK1431539SQ0311518
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者劉旭, 劉向東, 李海峰 申請人:浙江大學(xué)