CN114902089A - 数字显示***及方法 - Google Patents

Abstract

一种***，其具有滤色器(150)，该滤色器具有第一段和第二段(151、152)。第一段和第二段(151、152)允许相应的第一波长和第二波长(121、123)传递通过到空间光调制器(190)。第一段和第二段(151、152)也分别反射第二波长和第一波长(123、121)。经反射的第一波长和经反射的第二波长(121、123)被再循环(127)并被引导朝向滤色器(150)。

Description

数字显示***及方法

发明内容

一种具有滤色器(color filter)的***，该滤色器具有第一段和第二段。第一段和第二段允许相应的第一波长和第二波长传递通过到空间光调制器。第一段和第二段也分别反射第二波长和第一波长。经反射的第一波长和经反射的第二波长被再循环并被引导朝向滤色器。

附图说明

对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：

图1图示了根据本公开的数字显示***。

图2图示了荧光轮(phosphor wheel)的平面视图。

图3图示了根据本公开的滤色器的平面视图。

图4图示了图1图像显示***的进一步操作。

图5A图示了根据本公开的具有再循环积分器棒的数字显示***。

图5B图示了图5A***的再循环积分器棒的反射内面。

图6A图示了根据本公开的具有滤色器的数字显示***。

图6B图示了根据本公开的图6A***的滤色器的平面视图。

图7A图示了根据本公开的具有渐开线滤色器的数字显示***。

图7B图示了根据本公开的图7A滤色器的平面视图。

图8A和图8B图示了可以在本公开的***中使用的两个滤色器的一部段的平面视图。

图9A和图9B图示了分别由图8A和图8B的滤色器所成像的曲线。

图9C和图9D图示了选择图7B渐开线滤色器的半径参数的影响。

图10图示了具有静态滤色器的数字显示***，该静态滤色器具有棋盘图案。

图11图示了图10滤色器的平面视图。

图12图示了具有静态滤色器的数字显示***，该静态滤色器具有条纹图案。

图13图示了具有条纹图案的图12滤色器的平面视图。

图14图示了结合图13滤色器的数字显示***的另一个示例。

图15图示了根据本公开的数字显示***的另一个示例，该数字显示***在从空间光调制器反射的光的路径中具有致动器。

图16图示了根据本公开的数字显示***的另一个示例，该数字显示***具有两个光源。

图17图示了根据本公开的数字显示***的另一个示例。

图18图示了根据本公开的数字显示***的框图。

图19图示了描绘用于图5A数字显示***的操作的方法的一个实施例的流程。

具体实施方式

本公开的各方面总体涉及通过在***中再循环反射光并使得能够将其他未使用的反射光再利用到空间光调制器(SLM)(诸如数字微镜器件(DMD)(例如德州仪器的DLP^TM器件)的N×M微镜阵列或硅上液晶(LCoS))上来提高效率的数字显示***。

图1是数字显示***100的侧视图的示例，该数字显示***100被图示为具有从荧光构件(在该情况下是可旋转的荧光轮115)通过光传播器件(在该示例中是积分器棒140)到达空间光调制器(SLM)190上的光的路径。积分器棒140是具有全内反射(TIR)特性的实心玻璃棒。可以使用其他光传播器件，诸如蝇眼阵列、中空光隧道或实心光管。提供x-y-z坐标，其中x轴线旨在基本平行于由第一透镜130基本准直到第二透镜230的光的路径，该第二透镜230将光聚焦朝向积分器棒140，以便于解释所附的示例。下面进一步描述光路径。应当注意，图1仅意味着作为示例，因为其他实施方式可以使用额外的反射表面来改变光的路径的角度，从而使其到达SLM 190(和其他额外的器件，如致动器或投射屏幕，如下面所描述的)。因此，根据本文讨论的示例，光的路径(和x-y-z坐标)可以在其他实施方式中改变。

SLM 190包括基本垂直于x轴线的接收面191。SLM的接收面191在其高度上沿y轴线延伸并且在其宽度上沿z轴线延伸。应当注意，取向和附图仅是示例性的，因为其他实施方式可以包括在显示器上显示图像的不同角度和不同反射镜。

在一个示例中，光源110包括至少一个蓝色激光二极管，该蓝色激光二极管发射蓝光105，该蓝光105从分色镜112反射并由第一透镜130朝向荧光轮115聚焦。分色镜112反射蓝光并透射黄光。如图所示，蓝光105被示为蓝激光并且被竖直地(即，沿着y轴线并且基本垂直于x轴线)引导朝向图1中所示的具有45°角倾斜(相对于x轴线)的分色镜112，导致蓝光105被引导朝向荧光轮115并且沿着基本平行于x轴线的路径。荧光轮115包括第一面116，该第一面116基本平行于x轴线反射光并且将光朝向第一透镜130反射回来。荧光轮115还包括与第一面116基本相对的第二面117。第一面116和第二面117在它们的高度上沿着y轴线延伸并且在它们的宽度(或半径)上沿着z轴线延伸。还图示了荧光轮115的第一段118和第二段119。

图2示出了如具有第一段118和第二段119的荧光轮115的第一面116的平面视图。如图所示，反射的第一段118由荧光材料形成，而第二段119由透明材料构成。荧光轮115围绕中心轴线可旋转(在图2中示出为围绕x轴线可旋转)，使得第一段118和第二段119定位在蓝光105的路径中。应当注意，虽然荧光轮115被图示为分别具有第一段118和第二段119各两个，但是荧光轮可以分别具有额外数量的第一段118和第二段119；例如，其可以分别具有各三个、各四个或各多个的第一段118和第二段119。第一段118和第二段119分别延伸通过的角度取决于滤色器的选择。

返回参考图1，当荧光轮115旋转到蓝光105的路径中时，蓝光105入射(strike)第一段118(图2)，并被转换成包含红光121和绿光123的黄光120。黄光120以一个或多个角度从第一段118朝向靠近荧光轮115的第一透镜130反射回。当蓝光105碰撞(encounter)第二段119时，其被透射。因此，荧光轮115产生蓝光105和黄光120的交替时隙。第一透镜130对进入的光进行准直(collimate)并允许光通过分色镜112传递到第二透镜230。透镜230将准直光聚焦到积分器棒140的光接收端142，在此其进一步均匀化或混合。随着黄光120行进通过积分器棒140，黄光120被积分器棒140的侧面反射，变得均匀化。黄光120传递通过积分器棒140并通过其光透射端144朝向SLM 190出射。如上所讨论的，积分器棒140是实心的并且具有允许黄光120在积分器棒140和积分器棒140周围的空气之间的界面处经历全内反射的TIR特性。在其他示例中，积分器棒是中空的，并且镜面内表面传播行进通过积分器棒的黄光120。在其他示例中，具有镜面或反射表面的光隧道或光管用于将黄光120和循环的黄光127透射到滤色器并代替积分器棒140显示。

具有至少两个段(分别为第一段151和第二段152)的滤色器150光学耦合在积分器棒140和SLM 190之间。图3示出了具有分别第一段151和第二段152的滤色器150的平面视图，该第一段和第二段能够选择性地透射和反射第一波长的光和第二波长的光，同时允许第三不同波长通过其传递(下面关于图4讨论)。例如，如图1所示，第一段151是透射红光121同时反射绿光123的品红色滤光器，第二段152可以是透射绿光123同时反射红光121的青色滤光器。如下面关于图4所讨论的，第一段151和第二段152两者都透射蓝光105。应当注意，虽然滤色器150被图示为具有分别第一段151和第二段152，但是可以包括额外的段以允许次生色/间色(secondary color)通过滤光器并朝向SLM。第一段151和第二段152分别延伸通过的角度取决于滤色器的几何性能。此外，虽然第一段151和第二段152分别被示出为具有相似的尺寸，但应当注意，它们延伸通过的角度可以根据***颜色性能要求而彼此不同。

返回参考图1，滤色器150同时向SLM 190透射两个不同的波长。通过围绕中心轴线旋转滤色器150(在图3中示出为围绕x轴线可旋转)，可以将不同的波长透射到SLM 190的不同部分，从而改变滤色器的段的位置。例如，图1图示了将红光121透射到SLM 190的顶部部分192(或第一部分)的品红色滤光器151和将绿光123透射到SLM 190的底部部分194(或第二部分)的青色滤光器152。滤色器150可以旋转，使得品红色滤光器151占据青色滤光器152的位置并将红光121透射到SLM 190的底部部分194，而青色滤光器152占据品红色滤光器151的位置并将绿光123透射到SLM 190的顶部部分192。如上所讨论的，黄光120包含绿光和红光。随着黄光传递通过滤色器150，黄光120的绿光与黄光120的红光分离，并且它们被发送到SLM 190的分离部分。当蓝光105传递通过滤光器，其传递通过品红色滤光器151和青色滤光器152两者，并被传递到SLM 190的顶部部分192和底部部分194两者。如图所示，如沿y轴线测量的，顶部部分192位于底部194上方。中继光学器件185用于在SLM 190上形成旋转滤光器图案的图像。旋转滤色器150可以以60Hz、120Hz、180Hz或更高的速度旋转。

图4图示了当荧光轮115旋转使得第二段119处于蓝光105的路径中时第三波长的光(例如蓝光)的路径。如图所示，蓝光105被透射通过其他反射荧光轮的第二段119并被透射以被一系列反射镜122、124、126和分色镜112反射。反射镜122、124、126和分色镜112将蓝光105朝向第二透镜230反射，第二透镜230将光聚焦朝向积分器棒140。蓝光105被传递到积分器棒140的光接收端142。蓝光105被传递通过积分器棒140并朝向SLM 190到积分器棒140的光透射端144。如图所示，蓝光105包括蓝光并且传递通过滤色器150的品红色段和青色段两者(即分别为第一段151和第二段151)并到SLM 190上。

如上所讨论的，荧光轮115旋转，使得第一段118和第二段119分别在来自光源110的蓝光105的路径中。当蓝光105入射第一段118时，其作为黄光120被反射到***中。当蓝光105入射第二段119时，其被允许传递通过并被透射到反射镜122、124、126并从分色镜112反射到积分器棒140。

返回参考图1，随着黄光120碰撞滤色器150，红光121和绿光123中的一些作为例如传递通过在从滤色器150到荧光轮115的路径中的数字显示***的其他元件(包括分别第二透镜230和第一透镜130以及分色镜112)的反射光125分别朝向荧光轮115被反射回。本文描述的示例允许反射光125作为黄光被再循环并被重新透射，并且作为再循环的黄光127被重新引导朝向滤色器150。例如，入射荧光轮115的第一段118的任何反射光125作为再循环的黄光127被朝向第一透镜130反射。第一透镜130对进入的再循环的黄光127进行准直并且允许再循环的黄光127经由分色镜112传递到第二透镜230。第二透镜230将准直的再循环的黄光127聚焦到积分器棒140的光接收端142，在此其可以进一步均匀化或混合。再循环的黄光127被允许传递通过积分器棒140并朝向滤色器150到光透射端144。随着再循环的黄光127碰撞滤色器150，红光121和绿光123中的一些作为反射光125分别朝向荧光轮115被反射，并且该过程重新开始，直到反射光已经消散到环境中。这种再循环过程提高了数字显示***100的效率并提高了SLM 190上图像的亮度。

反射光125还可以入射荧光轮115的第二段119，该反射光125将透射通过荧光轮115并从反射镜122、124和126反射并传递通过分色镜112(沿着图4中的蓝光105所走的路径)。器件(例如反射镜(未示出))可以将任何反射光125重新引导朝向荧光轮115以捕获传递通过分色镜112的任何反射光125并将其再循环到数字显示***100中。如上所讨论的，反射光125被引导至荧光轮115，其作为再循环的黄光127被再循环。具体而言，再循环的黄光127朝向第一透镜130被反射。第一透镜130对进入的再循环的黄光127进行准直，并允许再循环的黄光127经由分色镜112传递到第二透镜230。第二透镜230将再循环的黄光127聚焦到积分器棒140的光接收端142，在此其可以被进一步均匀化或混合。再循环的黄光127被允许传递通过积分器棒140并朝向滤色器150到光透射端144。随着再循环的黄光127碰撞滤色器150，红光121和绿光123中的一些作为反射光125分别朝向荧光轮115被反射，并且再循环过程重新开始，直到反射光已经消散到环境中。这种再循环过程提高了数字显示***100的效率并提高了SLM 190上图像的亮度。

滤色器150与SLM 190的操作速度同步旋转以投射红光、绿光和蓝光，以在显示表面上集成为合成彩色图像。在第一时隙期间，SLM 190在顶部部分192处使用红光121同时形成红色图像，在底部部分194处使用绿光123同时形成绿色图像。在第二时隙期间，SLM在顶部部分192和底部部分194两者处使用蓝光105形成蓝色图像。滤色器150的旋转由索引标记检测器或诸如测量或来自色轮马达的信号的一些其他感测机构检测。例如，一种这样的检测器可以是监测马达轮毂上的索引标记的红外(IR)传感器。

中继光学器件185也示出在图1和图4中，该中继光学器件185在SLM 190上中继轮图案的图像。如上所讨论的，SLM 190可以是具有数字微镜器件(DMD)(例如，德州仪器的DLP^TM器件)的微镜的N×M阵列的数字微镜器件(DMD)。DMD芯片在其表面上具有以矩形阵列排列的数十万个微镜。这些微镜对应于要显示的图像中的像素。微镜可以单独旋转到打开(on)或关闭(off)状态。微镜本身的直径约为16微米。每个微镜安装在轭上，该轭继而通过柔性扭转铰链和中间的可扭曲的扭曲件连接到两个支撑柱。通过倾斜微镜，每个微镜都可以在打开和关闭状态下切换。在打开状态下，来自滤色器150的光被反射到透镜中，使得像素在屏幕上显得明亮。在关闭状态下，来自滤色器150的光被引导到别处(通常到散热器上)，使得像素看起来很暗。

在其他示例中，可以使用其他类型的空间光调制器器件。例如，可以使用硅上液晶(LCoS)器件。这些器件(如数字微镜器件)是可以单独控制以将图像调制成投射光线的反射元件。LCoS是在硅的顶部上使用液晶的反射有源矩阵液晶显示器。代替动态反射镜，控制器可以控制像素的特性以打开或关闭它们以将光重新引导朝向投射屏幕(未示出)。

图5A和图5B图示了可替代的数字显示***200，该数字显示***200结合了积分器棒240，积分器棒240包括具有反射表面的内面260(如下所描述的)。与图1的积分器棒(积分器棒140)一样，积分器棒240沿着x轴线延伸并且包括光接收端242和光透射端244。与积分器棒140不同，积分器棒240在光接收端242处具有孔。如图5A所示，光接收端242靠近荧光轮115，而光透射端244靠近SLM 190。光接收端242具有将光朝向光透射端244透射的内面260。图5B图示了沿图5A的线5B-5B截取的平面视图，其将内面260示出为具有孔250的反射表面，孔250促进黄光120和蓝光105进入积分器棒。虽然孔250被图示为圆形，但其他实施方式可以包括椭圆形、三角形、四边形或适合应用的任何其他形状的孔。

积分器棒240是位于光接收端242和光透射端244之间的实心玻璃棒并且具有全内反射(TIR)特性。内面260基本是反射性的并且将反射光125朝向光透射端244反射。反射性内面260减少了行进到荧光轮115(如图1所示)的反射光125的量。从积分器棒240的内面260反射的光被均匀化，并被引导并作为再循环的黄光127朝向光透射端244透射。与黄光120(图1)一样，再循环的黄光127碰撞滤色器150，其中红光和绿光(分别为121和123)中的一些朝向SLM 190透射，而一些红光和绿光作为反射光125从滤色器被反射，并且再循环过程重新开始，直到反射光已经消散到环境中。这种再循环过程提高了数字显示***200的效率并提高了SLM 190的亮度。

积分器棒240可以不具有反射性的内面260；相反，其可以在积分器棒240的外表面262上具有基本反射性的薄膜或涂层。如上所讨论的，积分器棒内的任何反射光125将作为再循环的黄光127朝向滤色器150被反射。光朝向SLM 190被传递通过滤色器150。此外，如上所讨论的，中空光隧道可以用作玻璃棒的可替代物。

在又一个示例中，如图6A和图6B所示，可替代数字显示***400具有滤色器350，滤色器350具有第一段、第二段和第三段(分别为351、352、353)，滤色器350设置在积分器棒240(以上关于图5A和图5B讨论的)和SLM 190之间。在另一示例中，滤色器350与积分器棒140一起使用。如图6A和图6B所图示的，第一段351、第二段352和第三段353分别处于交替的顺序。如图所示，并且类似于图3滤色器150，滤色器350分别具有能够透射第一、第二和第三波长的光的第一段351、第二段352和第三段353。第一段、第二段和第三段351、352、353也都能够透射第四波长的光，该第四波长的光不同于第一、第二和第三波长的光。例如，如图6A所示，第一段351可以是透射红光121和蓝光105同时反射绿光123的品红色滤光器，第二段352可以是透射绿光123和蓝光105同时反射红光121的青色滤光器。此外，滤色器350具有第三段353，该第三段透射黄光120(包括红光和绿光)和蓝光105。第三段353可以是透明段。如图6A所示，滤色器350将至少三个不同的波长同时透射到SLM 190的不同部分。此外，滤色器350可以围绕类似于图3滤色器150的轴线(图6B)旋转。

随着滤色器350旋转，不同波长的光被透射到SLM 190的不同部分。例如，虽然图6A示出了将红光121透射到SLM 190的顶部部分192的第一段351、将绿光123透射到SLM 190的底部部分194的第二段352以及将黄光120透射到SLM 190的中间部分193的第三段353，但滤色器350可以旋转，使得不同的波长可以透射到SLM 190的不同部分(192、193、194)。

如上面关于图4所讨论的，图6A配置允许蓝光105传递通过荧光轮115，从反射镜122、124、126和分色镜112反射，并沿着x轴线并朝向SLM 190朝向和通过积分器棒240(图5A)传递。如上所讨论的，6A的荧光轮115旋转，蓝光105入射第一段118并转换成黄光120，或者蓝光105传递通过第二段119并被引导至反射镜122、124、126和分色镜112；然后蓝光105被反射朝向积分器棒240和朝向渐开线滤色器450。蓝光105传递通过第一段、第二段和第三段(分别为351、352和353)到SLM 190。因此，所图示的数字显示***400可以透射至少四种波长的光。其他实施方式可以包括如在共同转让的美国专利号6,642,969B2中所公开的阿基米德滤色器，该专利的全部内容通过引用并入本文，本文讨论和公开的任何滤色器也可以。此外，虽然讨论和描述为透射至少四种不同波长的光，但根据预期操作，其他实施方式可以包括附加和/或不同波长。

图7A和图7B图示了数字显示***500的另一个示例，该数字显示***具有设置在积分器棒240(以上关于图5A和图5B讨论的)和SLM 190之间的渐开线滤色器450。在其他示例中，渐开线滤色器450与积分器棒140(图1)一起使用。图7B图示渐开线滤色器450的平面视图，如具有促进光从光源110透射到SLM 190的渐开线彩色结构。如图所示，渐开线滤色器450具有圆形渐开线设计，包括在段451和段452之间交替的十个相等段。渐开线滤色器450的直径D为80mm(如以上关于图1定义的y轴线和z轴线测量)，具有20mm直径(D1)的中心切口455以用于附接到可旋转构件。渐开线滤色器450还可以具有带有定时标记461的边缘排除460。段451和段452中的每一个被布置为螺旋(spiral)，每个螺旋邻接相邻的螺旋。每个螺旋由以下等式定义：xi＝a*(cos(t)+t*sin(t))和yi＝a*(sin(t)-t*cos(t))，其中“a”是基于段的数量、滤色器直径和中心切口直径进行调整的变量，并且“t”是参数性方程参数(范围从0到无穷大)。因此，滤色器和中心切口以及螺旋的直径可以与所图示示例不同。

因为颜色之间的水平线在投射图像上更平坦，所以渐开线滤色器450改进了阿基米德滤色器。随着渐开线滤色器450旋转，这导致更好的颜色面积比，因为随着传递通过渐开线滤色器450的每种颜色扫过积分器棒240的光透射端244(图5A)，颜色之间的面积比相比于非渐开线滤色器(例如，阿基米德滤色器)的颜色之间的面积比更接近恒定比。改进的面积比提高了再循环过程的效率，因为更可变的颜色面积比将导致亮度随时间波动。通过减少面积比可变性，可以使用渐开线滤色器450来减少任何亮度波动。

如图8A和图8B所示，具有第一段和第二段(分别为551和552)的阿基米德滤色器550(图8A)和具有第一段和第二段(分别为451和452)的渐开线滤色器450(图8B)的部分段被并排图示。如图所示，阿基米德滤色器550的段551和段552朝向中心螺旋一次。因此，段551和段552仅遍历(traverse)0°标记一次。另一方面，渐开线滤色器450具有朝向中心切口455螺旋至少两次的段451和段452，允许每个段451和452遍历0°标记3次。渐开线滤色器450因此允许曲率半径增加。曲率半径越大，曲线越平坦(可以用曲线高度来衡量)。

图9A和图9B示出了从阿基米德滤色器550(图9A)成像到SLM上的弯曲线HLA和从渐开线滤色器450(图9B)成像到SLM上的弯曲线HLB，它们带有代表不同参数“a”值的复位块的水平线。如图所示，从阿基米德滤色器550(图9A)成像的弯曲线HLA的曲率半径小于从渐开线滤色器450(图9B)成像的弯曲线HLB的曲率半径。作为结果，从阿基米德滤色器550(图9A)成像的弯曲线HLA具有比从渐开线滤色器450(图9B)成像的弯曲线HLB更大的弯曲。换句话说，与阿基米德滤色器550(图9A)的弯曲线相比，渐开线滤色器450(图9B)产生更平坦(并因此改进)的弯曲线HLB。作为结果，随着阿基米德滤色器550的一个段过渡到下一个段，两种颜色之间将存在不均匀的颜色面积比。另一方面，渐开线滤色器450具有更平滑的过渡，因为其颜色面积比相比于阿基米德滤色器550的颜色面积比更均匀。另外，可以减少DMD中各个微镜的不活动时间。由于颜色之间的过渡更平滑，因此DMD中需要被关闭的微镜更少，从而增加了整体图像的亮度。同样，可以减少LCoS SLM中各个反射性元件的不活动时间。由于颜色之间的过渡更平滑，因此LCoS中需要被关闭的像素更少，从而增加了整体图像的亮度。

此外，渐开线滤色器450的几何形状允许积分器棒的光透射端处的螺旋的水平切线保持在y轴线上的近中心(图9B)位置。随着螺旋被竖直扫描，阿基米德螺旋的水平切线沿着y轴线偏离中心。渐开线滤色器450由此也增加了颜色面积比误差并且增加了在加载生成图像的数据时考虑螺旋的复杂性。

段的数量、滤色器直径和切口直径都是在渐开线滤色器的实施方式中将被考虑渐开线滤色器的变量。一般来说，如图9C所示，随着参数a的半径(在等式中：xi＝a*(cos(t)+t*sin(t))和yi＝a*(sin(t)-t*cos(t))增加(如图所示沿图表的x轴线)，段的数量也增加。如图9D以图表形式所示，随着段的数量的增加，由于水平线HLB的曲率半径减小(图9B)所以颜色面积比更不均匀，并且HLB的曲线高度更大(图9B)。曲线高度越大，颜色面积比越不均匀。但是，段的数量较少的缺点包括较低的帧速率。这些变量被考虑用于本文公开的示例的每个预期实施方式。应该注意，渐开线滤色器450可以在本文描述的任何数字显示***(例如，100、200、600和700)中实现。

图10图示了结合静态滤色器650和致动器670的数字显示***600，致动器670可围绕x轴线、y轴线或两者旋转。静态滤色器650不具有转动(spin)的滤色器轮，例如滤色器150(图1)，而是保持固定在积分器棒240(图5A)的光透射端244处或附近，而致动器670包括一块玻璃，该一块玻璃可以将整个或部分光束转移/移动(shift)到显示器上，如共同转让的美国专利申请公开号2019/0227261中所公开的，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。例如，致动器可以是使用跨致动器670的宽度的折射的透明光学元件，该宽度由致动器670的第一表面671和与致动器670的第一表面671相对的第二表面672之间的距离定义。衍射可以使整个光束660移动SLM上像素的一小部分。例如，致动器可以在水平轴线和竖直轴线上将光束660折射1/4像素。以这种方式，致动器670可以向下和向左、向上和向左、向上和向右以及向下和向右倾斜1/4像素。因此，SLM中的一个像素(未示出)可以形成四个不同的图像，从而将所得图像的分辨率增加4倍。

图10数字显示***的操作以其他方式类似于上面关于图1至图4所描述的数字显示***100。如图所示，蓝光105被示为蓝激光并且被竖直地(即，沿着y轴线并且基本垂直于x轴线)朝向分色镜112引导，该分色镜在图1中具有45°角倾斜(相对于x轴线)导致蓝光105被引导朝向荧光轮115并且沿着基本平行于x轴线的路径。

荧光轮115包括第一面116，该第一面反射基本平行于x轴线的光。荧光轮115还包括与第一面116基本相对的第二面117。第一面116和第二面117在它们的高度上沿y轴线延伸并且在它们的宽度上沿z轴线延伸。当蓝光105入射第一段118(图2)时，蓝光105被转换成黄光120，黄光120是红光和绿光(分别为121、123)的混合物。黄光120以一个或多个角度从第一段118反射朝向靠近荧光轮115的第一透镜130。第一透镜130对进入的光进行准直并允许光传递到第二透镜230。第二透镜230将准直光聚焦到积分器棒240的光接收端242，在此其可以进一步均匀化或混合。光被允许传递通过积分器棒240并朝向SLM190到光透射端244。黄光120行进通过积分器棒240。随着黄光120行进通过积分器棒240，黄光120由积分器棒240的侧面反射，变得均匀化。滤色器650具有至少两个段(分别为第一段651和第二段652)并且设置在积分器棒240和SLM 190之间。用于大量图像像素的多条光线可以传递通过致动器670。通过使用折射，不同的波长可以被引导到SLM 190的不同部分。

图11图示了具有棋盘图案的静态(或非旋转)滤色器650的平面视图。滤色器650可用于本文讨论和描述的任何***(例如，数字显示***100(图1)或数字显示***200(图5A和图5B))，本文描述的任何其他滤色器也可以。静态滤色器650保持固定在积分器棒240的光透射端244处或附近，并且不像滤色器150(图1)那样转动。如图11所示，静态滤色器650具有以棋盘方式交替的品红色651和青色652图案。

返回参考图10，不碰撞荧光轮115的第一段118的第三波长的光的路径类似于上面关于图4讨论的路径。即，蓝光105(图4)透射通过其他反射性荧光轮的第二段119并被一系列反射镜122、124和126以及分色镜112透射和反射。反射镜122、124、126以及分色镜112将蓝光105(图4)朝向第二透镜230反射，第二透镜230将光聚焦朝向积分器棒240。蓝光105被传递到积分器棒240的光接收端242。光被允许传递通过积分器棒240并朝向SLM 190到光透射端244。如以上关于图4所讨论的，蓝光105包括蓝光并且传递通过滤色器650的青色段和品红色段(即分别为第一段651和第二段652)并到SLM 190上。在交替的时隙中，如上所讨论的，蓝光105或黄光120撞击SLM 191。

类似于上面关于图5A至图5B所讨论的数字显示***200，随着黄光120碰撞图10的滤色器650，红光和绿光(分别为121和123)中的一些作为反射光125朝向积分器棒240被反射。反射光125作为黄光从内面260(图5A和图5B)朝向光透射端244反射，并且作为再循环的黄光127被重新引导朝向滤色器650。与黄光120一样，再循环的黄光127碰撞滤色器，其中红光和绿光(分别为121和123)朝向SLM 190被透射。随着再循环的黄光127碰撞滤色器150，红光和绿光(分别为121和123)中的一些作为反射光125朝向荧光轮115反射，并且该过程重新开始，直到反射光已经消散到环境中。这种再循环过程提高了数字显示***600的效率并提高了SLM 190上图像的亮度。

图12图示了数字显示***700的另一个示例，其中数字显示***700可以包括图11滤色器650。在该示例中，荧光轮215分别具有包括反射性荧光材料和反射性材料的第一段218和第二段219。因为蓝光105可以由荧光轮215的第二段219通过使用第二透镜230(其允许黄光120和蓝光105聚焦)直接朝向积分器棒240反射，因为分色镜212从第一透镜130的中心偏移，所以该实施方式可以消除对反射镜122、124和126(例如图10)的需要。此外，分色镜212可以由更小的反射镜制成(与图1的分色镜112相比)，使得从荧光轮215反射的蓝光105在分色镜上方从透镜130反射到透镜230而不碰撞分色镜212。

图12数字显示***700的操作类似于上面讨论的示例，除了图4中所示的蓝光路径。具体地，蓝光105被示为蓝激光并且被竖直地(即，沿着y轴线并且基本垂直于x轴线)朝向分色镜212引导，该分色镜在图12中具有45°角倾斜(相对于x轴线)导致蓝光105被引导朝向荧光轮215并且沿着基本上平行于x轴线的路径。荧光轮215包括具有反射性荧光材料的第一段218。当蓝光105入射第一段218时，蓝光105被转换成黄光120，黄光120是绿光和红光(分别为121、123)的混合物。黄光120被传递朝向第一透镜130。第一透镜130对进入的光进行准直并允许光传递到第二透镜230。第二透镜230将准直的黄光聚焦到积分器棒240的光接收端242，在此其可以被进一步均匀化或混合。光被允许传递通过积分器棒240并朝向SLM190到光透射端244。

荧光轮215还包括基本反射性的第二段219。当蓝光105入射第二段219时，蓝光105基本沿x轴线朝向第一透镜130反射。第一透镜130对进入的光进行准直并且允许光传递到第二透镜230并朝向积分器棒240的光接收端242。光被允许传递通过积分器棒240并朝向SLM 190到光透射端244。

滤色器650具有至少两个段(分别为第一段651和第二段652)并且设置在积分器棒240和SLM 190之间。用于大量图像像素的多条光线可以传递通过致动器670。通过使用折射，不同的波长可以被引导到SLM 190的不同部分。

类似于上面关于图10所讨论的数字显示***600，随着黄光120碰撞图10的滤色器650，红光和绿光(分别为121和123)中的一些作为反射光125朝向积分器棒240反射。反射光125作为再循环的黄光127从内面260(图5A和图5B)朝向光透射端224反射，并且作为再循环的黄光127被重新引导朝向滤色器650。与黄光120一样，再循环的黄光127碰撞滤色器，其中红光和绿光(分别为121和123)朝向SLM 190透射。随着再循环的黄光127碰撞滤色器650，红光和绿光(分别为121和123)中的一些作为反射光125朝向荧光轮115反射，并且该过程重新开始，直到反射光已经消散到环境中。这种再循环过程提高了数字显示***700的效率并提高了SLM 190上图像的亮度。

图13图示了具有条纹图案的不同静态滤色器750的平面视图，该条纹图案可用于本文讨论的任何数字显示***(例如，100、200、600和700)。条纹静态滤色器750的操作类似于棋盘静态滤色器650(图10)的操作，并且可以使用致动器670来类似地向SLM 190显示不同波长的光。如图所示，条纹静态颜色滤光器750包括交替的第一段751和第二段752，能够透射和反射第一波长的光和第二波长的光。例如，如图13所示，第一段751可以是透射红蓝光121(图1)同时反射绿光123(图1)的品红色滤光器，第二段752可以是透射绿蓝光123(图1)同时反射红光121(图1)的青色滤光器。如上文关于数字显示***100、200、500、600和700所讨论的，黄光120和再循环的黄光127传递通过静态滤色器，从而提高整个数字显示***100、200、600和700的亮度。应当注意，图12的示例可以与能够透射第三波长的第三段一起使用。

图14图示了其中数字显示***800具有两个光源210和110的可替代示例，该两个光源是能够发射蓝光105的蓝激光二极管。两个光源210和110可以在本文讨论的其他实施例中实现。如图12所示，分色镜112具有第一表面113和第二表面114。第一光源110坐落成使得蓝光竖直(即，基本垂直于x轴线)朝向第一表面113被引导，该第一表面113在图14中被示为具有(相对于x轴线)45°角倾斜导致蓝光105被引导朝向荧光构件315并且沿着基本平行于x轴线的路径。荧光构件315包括第一面316和第二面317，第一面316将蓝光105转换成黄光125并基本平行于x轴线反射黄光125，第二面317与第一面316基本相对。黄光125传递通过第一透镜130、分色镜112和第二透镜230到积分器棒240。第二蓝光二极管210坐落在分色镜112上方，并从反射镜112的第二表面113朝向积分器棒240反射并到SLM 190，该反射镜112具有45°倾斜。与图1的荧光轮115不同，数字显示***300的荧光构件315由一块固体荧光材料构成。这种架构可以消除图1的荧光轮115旋转所需的任何机械装置，因此是静态或非旋转部件。该架构还消除了对一系列反射镜122、124和126(图4)的需要。此外，因为滤色器750的第一段751和第二段752透射蓝光105，所以数字显示***800可以通过同时使两个光源110同时间地将蓝光105引导朝向反射镜112来将至少三种波长的光(例如，红色、绿色和蓝色)透射到SLM 190。此外，如果滤色器750用滤色器350(图6A和图6B)代替，滤色器350除了透射红光121、绿光123和蓝光105之外还透射黄光120，则图14数字显示***800可以同时透射至少四种不同波长的光。

数字显示***800的操作以其他方式类似于图5A数字显示***200。例如，当蓝光105入射荧光材料时，蓝光105被转换成黄光120并朝向第一透镜130和第二透镜230反射。黄光120被聚焦并朝向并通过再循环积分器棒240沿着x轴线并朝向SLM 190反射。如上面关于数字显示***200所讨论的，黄光120的某些波长传递通过滤色器(图12的滤色器750)，而某些波长朝向再循环积分器棒240的内表面被反射回。反射光125被再循环积分器棒240再循环，并且再循环的黄光127传递通过静态滤色器，从而提高整个数字显示***800的亮度。

图15的数字显示***900包括在从SLM 190(例如，DMD或LCoS)反射之后放置在光的路径中的致动器670。在此示例中，SLM 190表面投射两个显示图像，这些图像由进入的图像帧创建，并被分割为每个显示的高分辨率图像帧的子帧。在帧图像时间的一部分中显示第一子帧之后，定位在投射路径中的致动器670将SLM帧的位置在水平方向上移动一定量(例如，像素或小于像素距离，例如一半像素)，并且在帧时间的第二部分显示第二子帧。此外，子帧也可以在竖直方向上移动，例如半个像素。通过来回移动，观察者观察到的图像中的图像分辨率比物理反射镜的数量增加到例如2倍。以这种方式，更小的分辨率SLM(例如，1/2的反射镜数量)可用于产生视觉分辨率高于仅从SLM中的元件的数量获得的分辨率的图像。

例如，关于滤色器750(图15)，第一图像时间可以成像红色和绿色；第二图像时间可以将图像水平地光学移动1像素，并将红色置于绿色的顶上，将绿色置于红色的顶上。第三图像时间可以使图像水平和竖直地光学移动1/2像素(或0.5像素)。第四图像时间可以使图像水平和竖直地光学移动1.5像素。第三图像时间和第四图像时间以及位移将提供双向光学超分辨率。对于蓝色，图像时间可以分为两个，并且第一图像时间和第二图像时间将在没有移动的情况下成像蓝色，第三图像时间和第四图像时间将水平和竖直地都有0.5像素的移动。这种光学移动提高了图像的分辨率。

虽然滤色器650和750被讨论和描述为具有棋盘配置和竖直条纹配置，但其他实施方式可以包括水平条纹配置和/或不同形状的交替图案。例如，虽然图10的滤色器650被图示为具有正方形段651和652的棋盘图案，应当认识到正方形可以以45°角对半成三角形并且每个三角形可以代表段。基于数字显示***的预期操作，可以包括其他形状和图案。虽然数字显示***900被图示为具有两个发光二极管110和210，但是应当注意数字显示***900可以用一个发光二极管来实现。

在另一个实施例中，棋盘或条纹滤色器可以耦合到致动器。例如，图16示出了直接附接到平移致动器770的致动滤色器850。平移致动器在y方向和z方向(在棋盘图案的情况下(例如，图11))或仅在y方向或仅在z方向(在条纹图案的情况下(例如图13))略微移动致动滤色器850。致动滤色器850和致动器770通过其耦合的其他机制旨在落入本公开的范围内。在数字显示***950的操作中，致动器770在y轴线和z轴线的平面中适当地平移来移动滤光器650并将红光121、绿光123和蓝光105引导至SLM 190。

数字显示***950的操作以其他方式类似于图14数字显示***800。例如，当蓝光105入射荧光材料时，蓝光105被转换成黄光120并朝向第一透镜130和第二透镜230反射。黄光120被聚焦并朝向并通过再循环积分器棒240沿着x轴线并朝向SLM 190反射。如上面关于数字显示***200所讨论的，黄光120的某些波长传递通过滤色器(滤色器850)，而某些波长朝向再循环积分器棒240的内表面被反射回。反射光125被再循环积分器棒240再循环，并且再循环的黄光127传递通过静态滤色器，从而提高整个数字显示***950的亮度。

图17图示了具有光源110的数字显示***975的另一个示例，该光源110具有沿着x轴线朝向SLM 190的基本笔直的路径。数字显示***975不使用数字显示***100(图1)的分色镜112并将光通过荧光轮415、第一透镜130、第二透镜230、积分器棒240、滤色器350和中继光学器件185引导朝向SLM 190，以在SLM 190上成像。来自光源110的蓝光105被引导到具有第一段和第二段(418和419)的荧光轮415。当具有荧光体的第一段418在光的路径105中时，其被转换成黄光120。该黄光120被引导朝向并通过积分器棒240，积分器棒240进一步被引导朝向滤色器350并通过中继光学器件185向SLM 190出射。

与数字显示***100、200、400、600、800、900和950一样，反射光125可以被再循环以提高数字显示***950的效率并提高SLM上的亮度。随着黄光120碰撞滤色器350，红光和绿光(分别为121和123)中的一些作为反射光125朝向积分器棒240反射。反射光125作为黄光127从内面260(图5A和图5B)朝向光透射端244反射并且作为再循环的黄光127被重新引导朝向滤色器350。与黄光120一样，再循环的黄光127碰撞滤色器，其中红光和绿光(分别为121和123)朝向SLM 190被透射。随着再循环的黄光127碰撞滤色器150，红光和绿光(分别为121和123)中的一些作为反射光125朝向荧光轮415反射，并且该过程重新开始，直到反射光已经消散到环境中。

图18示出了与上述任何一种数字显示***及其组合一起使用的电路1190的示例。提供处理器1191，例如微处理器、混合信号处理器、数字信号处理器、微控制器或其他可编程器件，并执行使其输出数字视频信号以供显示的指令。各种源可以提供图中标记为视频输入的数字视频信号，包括互联网浏览器、存储在视频卡、闪存卡、通用串行总线(USB)驱动器和类似物中的文件、高清多媒体接口(HDMI)或其他输入、相机、摄像机等。处理器1191耦合到数字控制器1193，数字控制器1193是另一个数字视频处理集成电路。还提供了模拟控制器1197。模拟控制器1197控制光源110的强度和功率。数字控制器1193操作SLM 290，例如通过将微镜切换到打开或关闭状态。模拟控制器1197还向SLM 190提供功率和模拟信号。来自照明源110的光线被输入到照明部件1202，诸如第一透镜和第二透镜130、230(图1)、积分器棒140和240(分别为图1和图5A)以及滤色器150(图1)、350(图6A)、450(图7)、650(图10)和/或750(图13)。光线入射SLM 190并将光反射到投射光学器件1203以用于进一步处理以在屏幕(未示出)上投射。集成电路1193、1197一起使SLM 190和光学部件操作以将数字视频信号投射为图像。

集成电路1193、1197可以包括通用微处理器、数字信号处理器、微控制器或能够执行从计算机可读存储介质检索的指令的其他器件。处理器架构通常包括执行单元(例如：定点、浮点、整数或其他执行单元)、存储装置(例如寄存器或存储器)、指令解码、***设备(例如中断控制器、定时器和/或直接存储器访问控制器)、输入/输出***(例如串行端口、并行端口等)以及各种其他部件和子***。集成电路1193、1197可以包括存储装置1194、1196，作为适用于存储可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质。存储装置1194、1196可以包括易失性存储器(例如随机存取存储器)、非易失性存储装置(诸如硬盘驱动器、光学存储器件(例如压缩盘(CD)或数字多功能盘(DVD)驱动器)、闪存、只读存储器)或其组合。

图19图示了例如数字显示***200通过其操作的过程1600的示例。在802，蓝光被引导朝向荧光轮，例如荧光轮115。在804，如果第一段被定位在蓝光的路径中，则蓝光被转换成黄光并被引导朝向积分器棒。在806，如果第二段定位在蓝光的路径中，则蓝光被引导朝向并透射通过再循环积分器棒。在808，黄光和蓝光两者传递通过积分器棒。在810，黄光碰撞第一段，该第一段允许第一波长传递812并反射第二波长814。在811，黄光碰撞第二段，该第二段允许第二波长传递812并反射第一波长814。在808，任何反射光作为黄光被再循环并被引导朝向滤色器的第一段和第二段。碰撞第一段或第二段的蓝光被允许通过812。在816，传递滤色器的第一段和第二段的光被成像在SLM 190(例如，图1)上。可以重复808、810、811和814的过程，直到所有反射光在步骤816已经被透射812到SLM或者已经消散或以其他方式逸出***。通过滤色器的第一段和第二段的光被成像在SLM上。

上述讨论旨在说明与本公开一致的原理和各种示例。可以进行许多变化和修改。例如，虽然各种部件(例如，滤色器、荧光轮/构件、积分器棒等)的横截面尺寸已相对于彼此进行了说明，但其他实施方式可包括不同的相对尺寸。此外，其他实施方式可以包括上面所描述的***中的不同部件。例如，并且如上面所描述的，积分器棒140可用于任何上述数字显示***(100、200、400、500、600、800、900、950和975)中，如再循环积分器棒240(图5A)。此外，上述示例具有两个光源110(例如，图14)和静止或旋转的荧光构件315(例如，图14)、215(例如，图1)或轮115(例如，图1)，其可以在任何上述数字显示***(例如，100、200、400、500、600、700、800、900、950和975)中实现。类似地，任何上面所描述的滤色器(例如，150、350、450、550、650、750)可以在任何上述数字显示***(例如，100、200、400、500、600、700、800、900、950和975)中实现。因此，旨在将以下权利要求解释为包括所有这些变化和修改。

此外，在整个本说明书和权利要求书中使用了某些术语来指代特定的***部件。可以理解，不同的各方可以用不同的名称来指代部件。本文档无意区分名称不同但功能相同的部件。在本公开和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式方式使用，因此应解释为表示“包括但不限于”。

Claims (19)

1.一种***，其包括：

滤色器，其包括：

第一段，其被配置为透射第一波长并且反射第二波长，以及

第二段，其被配置为透射所述第二波长并且反射所述第一波长，

其中所述第一段和所述第二段进一步被配置为透射第三波长；以及

光传播器件，其设置在照明源和所述滤色器之间，所述光传播器件被配置为将来自反射的第一波长和反射的第二波长的再循环光作为再循环光透射到所述滤色器。

2.根据权利要求1所述的***，进一步包括被配置为将波长反射朝向所述滤色器的荧光轮。

3.根据权利要求2所述的***，其中所述荧光轮被配置为循环第一反射的波长和第二反射的波长。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述光传播器件是再循环积分器棒，所述再循环积分器棒被配置为再循环第一反射的波长和第二反射的波长。

5.根据权利要求1所述的***，进一步包括空间光调制器，所述空间光调制器被配置为接收所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长的光。

6.根据权利要求1所述的***，进一步包括第二照明源。

7.根据权利要求1所述的***，其中所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长是红色、绿色和蓝色。

8.根据权利要求1所述的***，其中所述滤色器进一步包括能够透射所述第三波长和第四波长的第三段。

9.根据权利要求8所述的***，其中所述第一波长是第四波长是黄色。

10.一种数字显示***，其包括：

荧光构件，其被配置为产生具有第一波长、第二波长和第三波长的光；

滤色器，其被配置为接收来自所述荧光构件的光，所述滤色器具有：

第一段，其被配置为透射具有所述第一波长的所述光并将具有所述第二波长的所述光反射朝向所述荧光构件，

第二段，其被配置为透射具有所述第二波长的所述光并将具有所述第一波长的所述光反射朝向所述荧光构件，

其中所述荧光构件被配置为将具有第一颜色的反射光朝向所述滤色器反射并且将具有第二颜色的反射光朝向所述滤色器反射。

11.根据权利要求10所述的数字显示***，其中所述滤色器具有渐开线彩色结构。

12.根据权利要求10所述的数字显示***，其中所述滤色器是静态滤色器。

13.根据权利要求12所述的数字显示***，其中所述静态滤色器具有以棋盘图案交替的所述第一段和所述第二段。

14.根据权利要求10所述的数字显示***，进一步包括照明源，所述照明源被配置为发射被引导朝向所述荧光构件的波长的光。

15.根据权利要求12所述的***，其中所述荧光构件是静态荧光部件。

16.一种方法，其包括：

通过荧光构件接收蓝光；

通过所述荧光构件将所述蓝光的至少一部分转换为黄光，所述黄光包括红光和绿光；

通过所述荧光构件反射所述蓝光的至少一部分。

将所述蓝光的至少一部分引导至滤色器；

将所述黄光的至少一部分引导至所述滤色器；

使所述红光和所述蓝光透射通过所述滤色器的第一段；

使所述绿光和所述蓝光透射通过所述滤色器的第二段；

反射来自所述滤色器的所述第一段的所述绿光；

反射来自所述滤色器的所述第二段的所述红光；

将反射的绿光和红光作为通过反射的反射光进行再循环；

将所述反射光引导朝向所述滤色器；和

使再循环的反射光的部分透射通过所述滤色器的所述第一段和所述第二段。

17.根据权利要求16所述的方法，其中再循环所述光的步骤由积分器棒执行。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括使黄光和蓝光透射通过所述滤色器的第三段。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述红光、所述绿光、所述蓝光和所述黄光同时透射到显示器。

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