專利名稱：一種降低數(shù)字視頻系統(tǒng)中暫態(tài)偽像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影顯示系統(tǒng)，具體而言，本發(fā)明通過將二進制控制信號轉(zhuǎn)換 成非二進制信號控制空間光調(diào)制器，實現(xiàn)微鏡工作狀態(tài)的重新組合分布，從而改善 投影顯示系統(tǒng)中的暫態(tài)偽像。
背景技術(shù)：
在陰極射線管(CRT)技術(shù)在顯示業(yè)界占據(jù)主導(dǎo)地位100多年后的今天，平板顯 示(FPD)和投影顯示技術(shù)以顯示控制系統(tǒng)的小波形系數(shù)實現(xiàn)了較大顯示屏幕上投射 顯示更大的圖像，因而受到了廣泛歡迎。在幾種投影顯示技術(shù)中，基于微顯示技術(shù) 的投影顯示由于具有比平板顯示(FPD)更好的畫面質(zhì)量、更低的制造成本而獲得了 認可。市場上投影顯示裝置中的微顯示技術(shù)主要有兩種， 一種是微液晶顯示技術(shù) (micro-LCD)，另一種為微鏡技術(shù)。微鏡裝置使用非偏振光，因而與使用偏振光 的微液晶顯示相比有亮度上的優(yōu)勢。
盡管近年來在制作空間光調(diào)制器這樣的機電微鏡裝置方面取得了顯著的進展， 但要將其應(yīng)用于高質(zhì)量畫面的顯示仍有一些限制和困難。特別對于數(shù)字信號控制的 顯示圖像，反而會由于灰度等級足夠?qū)е聢D像不能顯示，使得圖像質(zhì)量受到影響。
機電鏡面裝置作為一種空間光調(diào)制器引起了廣泛關(guān)注。機電鏡面裝置由許多鏡 面排列成的鏡面陣列組成。機電鏡面裝置的襯底表面上通常排列著六萬到幾百萬個 不等的鏡面單元。圖1A所示，帶有屏幕2的圖像顯示系統(tǒng)1在美國專利5214420 中已做公開。光源10用于產(chǎn)生照亮屏幕2的光能。產(chǎn)生的光束9通過鏡面11的聚 集投射到透鏡12上。透鏡12， 13， 14形成光束聚焦器，將光束9聚焦成為光束8。 空間光調(diào)制器(SLM) 15通過總線18受電腦19輸入的數(shù)據(jù)控制，選擇性地將部分光線從路徑7指向放大鏡5并最終顯示在屏幕2上。如圖1B， SLM 15包含一個反 射鏡陣列，該陣列由可開關(guān)的反射單元17， 27， 37和47組成，反射單元均由通過 鉸鏈30連接到機電反射鏡裝置襯底表面16的反射鏡33組成。當單元17處于一個 位置時，從路徑7射出的一部分光沿路徑6指向透鏡5，這一路徑的光被放大或是 沿著路徑4投射在屏幕2上，從而形成一個照明像素3。當單元17處于另一個位 置時，光束就不會打到屏幕2上，因此像素3就是暗的。
每一個組成鏡面裝置的鏡面單元都具有空間光調(diào)制器(SLM)的功能，并且每 一個鏡面單元都由一個鏡面和電極構(gòu)成。加在電極上的電壓產(chǎn)生了鏡面與電極間的 庫倫力，使控制和傾斜鏡面成為可能。本文中將鏡面單元的工作狀態(tài)規(guī)范為術(shù)語 鏡面是"偏轉(zhuǎn)的"。
施加于電極上的電壓使鏡面偏轉(zhuǎn)，由于對入射光線的反射作用，偏轉(zhuǎn)的鏡面將 改變反射光的傳播方向，改變量與鏡面的偏轉(zhuǎn)角度相關(guān)。本說明書中把能將幾乎所 有入射光都反射到圖像顯示投射路徑上的鏡面狀態(tài)稱為"開態(tài)"；而把入射光反射
到非圖像顯示投射路徑上的鏡面狀態(tài)稱為"關(guān)態(tài)"。
如果反射到投射路徑的光(如開態(tài))與沒有反射進投射路徑的光(如關(guān)態(tài))的 比值為一特定值，即反射到投影路徑上的光量少于開態(tài)時，鏡面狀態(tài)為"中間態(tài)"。
如美國專利5214420中提到的一樣，大多數(shù)傳統(tǒng)的圖像顯示裝置都是使用鏡面 的兩態(tài)控制，即開態(tài)和關(guān)態(tài)，圖像顯示質(zhì)量受到有限灰度等級的限制。尤其是在使 用P麗(脈沖寬度調(diào)節(jié)器)的傳統(tǒng)控制電路中，控制開關(guān)狀態(tài)的最低有效位(LSB) 或最小脈沖寬度限制了圖像的質(zhì)量。由于鏡面要么工作在開態(tài)，要么工作在關(guān)態(tài)， 傳統(tǒng)的圖像顯示設(shè)備沒辦法提供比最低有效位可以接受的控制時間更短的脈沖來 控制鏡面。由灰度決定的最小光量，是在最短脈沖寬度時間內(nèi)反射的光量。有限的 灰度等級導(dǎo)致了圖像質(zhì)量的下降。
具體而言，圖1C給出了美國專利5285407中一個典型的鏡面單元控制電路， 該控制電路包含一個存儲單元32。每個晶體管都標記為"M*"，其中"*"為晶體 管編號，所有晶體管均為絕緣柵場效應(yīng)晶體管。M5、 M7為p溝道晶體管；M6、 M8、 M9為n溝道晶體管。電容C1、 C2代表存儲單元32中的容性負載。存儲單元32包 含一個存取開關(guān)晶體管M9和一個基于SRAM設(shè)計的鎖存器32a。連接到行線的M9 通過位線接收數(shù)據(jù)信號。當M9從字線上收到行信號后呈導(dǎo)通狀態(tài)，使存儲單元32 中的數(shù)據(jù)可以被讀取。鎖存器32a由兩個交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8組成。
這兩個反相器能夠提供兩種穩(wěn)態(tài)狀態(tài)l:節(jié)點A為高電位，節(jié)點B為低電位；狀
態(tài)2:節(jié)點A為低電位，節(jié)點B為高電位。
鏡面由施加在相鄰定位電極上電壓的驅(qū)動，并且在電極上呈現(xiàn)一預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角 度。彈性"著陸片"就是在定位電極一端形成的，它能使鏡面與電極相接觸，并且在鏡面偏轉(zhuǎn)狀態(tài)開啟時使微鏡反向偏轉(zhuǎn)。著陸片與定位電極有相同的電位，這樣 避免了定位電極與微鏡接觸時發(fā)生短路。
制備在襯底上的鏡面呈方形或矩形，邊長4至15微米不等。在這樣的布局下，
相鄰鏡面間的空隙不可避免地產(chǎn)生反射光，無法用于圖像的顯示。鏡面間隙的反射 而不是鏡面本身的反射弱化了相鄰鏡面產(chǎn)生顯示圖像的對比度，從而導(dǎo)致圖像顯示 質(zhì)量的降低。為了克服這樣的問題，可以使用版圖技術(shù)把鏡面排列在半導(dǎo)體襯底上， 使鏡面間隙減到最小。鏡面裝置通常設(shè)計成包含適合數(shù)量鏡面單元的陣列，每個單
元作為一個偏轉(zhuǎn)微鏡面顯示圖像中的一個像素。按照視頻電子標準協(xié)會制定的VESE 標準，用于圖像顯示的單元數(shù)需與顯示分辨率一致，或與電視廣播標準相一致。當 裝置的鏡面單元數(shù)量符合VESA標準中的WXGA (分辨率為1280x768)時，鏡面間 距為10微米，鏡面陣列的對角線長度為0. 6英尺。
圖1C中的控制電路控制微鏡面在兩個狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，同時驅(qū)動鏡面在如圖1A
所示的幵或關(guān)的偏轉(zhuǎn)角度(或位置)間振蕩。
每個鏡面單元反射的用于圖像顯示的最低可控光量，如數(shù)控圖像顯示設(shè)備中圖
像的灰度分辨率，是由鏡面可受控維持在"開態(tài)"位置的最短時間所決定的。每一 個鏡面可以維持在"開態(tài)"位置的最短時間由多位字依次控制。圖1D顯示了四位 字控制下SLM的二進制時間周期。正如圖1D所示，時間周期有l(wèi)、 2、 4、 8四個相 對值，它們依次決定著每一位字的相對光通量。其中"1"為最低有效位(LSB)， "8" 為最高有效位(MSB)。在PWM控制機制下，決定灰度分辨率的最小光量就是受"最 低有效位"控制，在最短可控時間內(nèi)將鏡面保持在開態(tài)時的亮度。
圖2A為一灰度等級不足的的例子。該例中，亮度變化梯度較大，偽像顯而易 見。圖2B為灰度改進后的例子，其中的偽像沒那么明顯了。
如圖2A所示，當臨近的圖像像素間的灰度由于粗糙的灰度控制而差異較大時， 這些臨近的圖像像素間出現(xiàn)了偽像。這導(dǎo)致了圖像的劣化。當臨近的圖像像素間的 灰度差異較大時，明亮的顯示區(qū)域這種劣化尤為明顯。從圖3A女孩圖像中可以觀 察到，在其前額、鼻梁以及上臂處存在較為明顯的偽像。由于數(shù)控顯示技術(shù)不能提 供足夠的灰度等級，這一技術(shù)局限導(dǎo)致了偽像的產(chǎn)生。在顯示亮點，如前額、鼻梁 以及上臂處，臨近像素的光強差別明顯。隨著灰度等級的提高，即使像圖2B中一 樣只提高一倍，圖像劣化也會得到有效改善。
由于微鏡被控制在全開或者全關(guān)位置，光的強度由微鏡處在全開態(tài)的時間所決 定。為了提高顯示器的灰度等級，必須要提高微鏡速度以使數(shù)字控制信號有更多的 位數(shù)。
然而，當微鏡速度提高后，需要一個更穩(wěn)定的鉸鏈來達到所需工作周期，進而 使微鏡保證要求的工作壽命。為了驅(qū)動加固鉸鏈支撐下的微鏡，需要更高的電壓。該電壓可能會超過20伏，甚至30伏。CMOS技術(shù)制造的微鏡可能不適合工作在如 此高的電壓下，因此需要DMOS或者高壓MOSFET技術(shù)。為了更好的控制灰度，DM0S 微鏡的制作需要更為復(fù)雜的制作工藝和更大的器件面積。
由于工作電壓的限制，為了制作更小更低成本的微鏡顯示器就需要犧牲灰度的 精度，這使微鏡控制的傳統(tǒng)模式面臨到技術(shù)挑戰(zhàn)。
目前有許多關(guān)于光強控制的專利，這些專利包括美國專利5,589,852、 6,232,963、 6， 592， 227、 6,648,476和6,819,064。還有更多關(guān)于不同形態(tài)光源 的專利或?qū)＠暾垺?br> 這些專利包括美國專利5,442,414、 6,036,318,申請20030147052。美國專 利6746123提出了能夠防止光損耗的特殊偏振光源。然而，這些專利并沒有提供克 服數(shù)字控制圖像顯示系統(tǒng)中由灰度等級不足引起局限的有效解決方案。
此外，還有許多關(guān)于空間光調(diào)制器的專利，包括美國專利20,25,143， 2， 682, 010、 2， 681， 423、4， 087， 810、4， 292， 732、4， 405， 209、4, 454， 541、4， 592, 628、 4,767,192、 4,842,396、 4,907,862、 5， 214， 420、 5,287,096、 5,506,597和 5， 489, 952.
然而，對于普通技術(shù)人員，這些發(fā)明并沒有指出或提供克服以上討論的限制和 困難的方法。提高灰度最大的困難在于，傳統(tǒng)的系統(tǒng)只存在著開關(guān)兩種狀態(tài)和最短 開態(tài)時間。最短開態(tài)時間決定了圖2A和2B中灰度的梯度高度。
無法提供比梯度更低的亮度。如果能夠產(chǎn)生比灰度梯度高度更低的亮度，就可 以提高灰度等級，降低圖片質(zhì)量劣化的問題。前面提到的未決申請11/121,543、 11/136,041和11/183, 216都提出過提高灰度等級的解決方法。
雖然灰度等級的提高可以去除靜態(tài)圖像的偽像，但不能解決動態(tài)圖像中所謂的 臨時偽像。
當圖像是由數(shù)字信號控制且處于運動中時，能夠觀察到臨時偽像，正如圖3B 所示，其上臂和前額上的偽像比圖3A中的更為明顯。
圖4A、 4B和4C闡述了一個8位數(shù)字信號的例子。圖4A中，輸入信號的最低 有效位(LSB)顯示在左邊最小的方框內(nèi)，最高有效位顯示在右邊最大的方框內(nèi)。 每一位都有一個二進制時間寬度，稱為二進制脈沖寬度調(diào)制(PWM)。在一幀中， 最低有效位有最少的時間寬度，最高有效位有最大的時間寬度。如果所有位都為 0FF，則輸出為零。如果從第一到第七位都為0N，而第八位為0FF，則輸出為圖4B 所示的127。如果從第一到第七位都為0FF，而第八位為0N，則輸出為圖4C所示 的128。
這兩個信號在數(shù)字上只相差l，但在顯示時間上卻不一樣。第一個信號在幀的 前半?yún)^(qū)，第二個在幀的下半?yún)^(qū)。人眼對于入射光有一定的反應(yīng)時間。如果兩個光脈沖入射到眼睛的時間間隔很 短，則眼睛會將其識別為單一光脈沖。隨著入射時間間隔延長，眼睛開始逐漸將它
們識別為兩個不同的脈沖。通常認為人眼的反應(yīng)時間為20毫秒即50赫茲。歐洲電 視的掃描頻率為50Hz，所以我們能夠感覺到歐洲電視的閃爍，而在美國電視的掃 描頻率為60Hz，我們就不能夠感覺到它的閃爍。
由于人眼的反應(yīng)時間高于60Hz的幀頻，圖4B和圖4C中脈沖的間隔時間足夠 短，所以人眼對光的合成使畫面看起來足夠流暢。如果圖4B4C所示這兩個像素的 亮度等級為127和128，它們彼此相鄰并且圖像移動時，則會產(chǎn)生另一種偽像，稱 為"暫態(tài)偽像"。
圖5闡述了這些偽像產(chǎn)生的原因。當畫面處于運動中時，觀眾的眼睛會追蹤它。 人眼對入射光的合成是兩個相鄰像素來完成的，這與靜態(tài)畫面由單像素完成不同。 如果顯示器由數(shù)字信號控制，在一幀的下半?yún)^(qū)某像素為開態(tài)(如圖4B)，在上半 區(qū)其相鄰像素為開態(tài)，那么觀眾眼睛中的合成光將會是雙倍的亮度，如圖5亮線所 示。這就是為人們所熟知的等離子體顯示當中的臨時偽像現(xiàn)象。然而這些偽像不僅 發(fā)生在等離子體顯示中，在數(shù)控顯示中也會發(fā)生。本發(fā)明提供了一些避免或減少這 種臨時偽像的解決方案。
通過上述討論，圖1A從一維角度描述了傳統(tǒng)的顯示技術(shù)。圖2A和2B定義了 灰度，并通過應(yīng)用傳統(tǒng)顯示系統(tǒng)中的圖1A至1D闡述了由低灰度引起的偽像增加。 圖3A中用一位女性照片說明了偽像的問題，由于灰度等級不足，照片中人物的前 額與上臂區(qū)域存在明顯的非自然亮線條或亮塊。圖3B為一臨時偽像的例子， 一些 非自然線條在顯示圖像中清晰可見。圖5說明了這些非自然線條產(chǎn)生的原因。如圖 4B和圖4C中所示，只是亮度的提高也能引起兩相鄰像素在開態(tài)時間上的較大差別。 這是因為127級亮度的開態(tài)處于幀的上半?yún)^(qū)，而128級亮度的開態(tài)處于幀的下半?yún)^(qū)。 當如女性圖片這樣的畫面在屏幕中運動時，人眼會對畫面進行追蹤。由于這種視角 的變化，入射光的合成并不發(fā)生在同一像素，而是發(fā)生在像素之間。在圖5中，第 四像素的亮度在幀的上半?yún)^(qū)得到提高，第五像素的亮度在幀的下半?yún)^(qū)得到提高。這 導(dǎo)致鄰近像素不自然地比第五像素亮。圖3B所示偽像會讓觀眾感覺到不舒服。消 除這種偽像十分必要。
由上可知，有必要改進顯示系統(tǒng)以避免這種圖像質(zhì)量的劣化。因此需要進一步 改進圖像顯示系統(tǒng)來解決上述討論的各種困難和限制。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明通過消除造成暫態(tài)偽像的一幀內(nèi)存在多個開態(tài)這一原因來消除 或者減少暫態(tài)偽像。通過對一幀圖像的開態(tài)和關(guān)態(tài)時段迸行重新排列，消除或減少了暫態(tài)偽像。
另一方面，本發(fā)明利用非二進制P麗設(shè)置高位數(shù)據(jù)，減小了一幀內(nèi)圖像開態(tài)時 間的間隔。
在一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的顯示系統(tǒng)控制過程使用了將輸入信號最高的m 位轉(zhuǎn)換成位于幀首或幀末的非二進制開態(tài)脈沖，而其余的低位處于中間態(tài)的方法。


對照附圖閱讀下面的詳細說明，會對本發(fā)明的上述以及其他目標更加明晰。 圖1A展示了微鏡面器件的投影顯示基本原理；
圖1B展示了使用微鏡面器件的投影顯示的基本原理；
圖1C給出了一個早前的驅(qū)動電路的例子；
圖1D顯示了用于產(chǎn)生灰度的傳統(tǒng)數(shù)字微鏡面的二進制脈寬調(diào)制(Binary P麗) 機制；
圖2A展示了灰度等級不足的例子，其亮度差別很大，有明顯的偽像； 圖2B展示了灰度得以提高的例子，其偽像得到改善； 圖3A展示了灰度不足，偽像明顯的例子；
圖3B展示了灰度提高后的同一圖像的例子；
圖4A展示了 8位數(shù)字信號的例子；
圖4B展示了 8位數(shù)字信號的例子；
圖4C展示了 8位數(shù)字信號的例子；
圖5為描述暫態(tài)偽像發(fā)生原因的圖像；
圖6闡述了一實施例的基本結(jié)構(gòu)；
圖7闡述了一微鏡器件的例子；
圖8闡述了一傳統(tǒng)二進制P麗；
圖9舉例說明了基于本發(fā)明一實施例使用五位二進制輸入信號的基礎(chǔ)顯示系
統(tǒng)；
圖10闡述了把五位輸入二進制信號分為將前三位轉(zhuǎn)換為最低有效位第三位和 將后兩位轉(zhuǎn)換為最低有效位第五位的另一實施例；
圖11闡述了，將5位輸入信號分成兩部分，并進一步將高位數(shù)據(jù)分成4部分 的另一實施例；
圖12闡述了各種類型的中間態(tài)；
圖13闡述了將輸入的5位數(shù)字信號分為兩部分，其中的低位由中間態(tài)驅(qū)動的 另一實施例；
圖14闡述了利用振蕩態(tài)實現(xiàn)中間態(tài)的微鏡器件的例子；圖15A闡述了交替利用若干光軸實現(xiàn)中間態(tài)的微鏡器件的例子；
圖15B闡述了交替利用若干光軸實現(xiàn)中間態(tài)的微鏡器件的例子；
圖16A闡述了開態(tài)微鏡完全反射入射光的例子；
圖16B闡述了關(guān)態(tài)微鏡不反射入射光的例子；
圖16C闡述了振蕩態(tài)微鏡反射部分入射光的例子；
圖17A舉例說明了偏轉(zhuǎn)單元的另一種結(jié)構(gòu)；
圖17B顯示了微鏡在開態(tài)和振蕩態(tài)下透過投射棱鏡的光強之比；
圖17C舉例說明圖17A所示偏轉(zhuǎn)單元在一幀中微鏡的狀態(tài)；
圖18A舉例說明偏轉(zhuǎn)單元的另一結(jié)構(gòu)；
圖18B顯示了開態(tài)、關(guān)態(tài)、中間態(tài)下反射光的光軸；
圖18C顯示了對應(yīng)圖18B所示每條光軸的反射光通量；
圖19為基于本發(fā)明優(yōu)選實施例的投影裝置結(jié)構(gòu)概念圖20為基于本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的單板投影裝置結(jié)構(gòu)概念圖21A為基于本發(fā)明優(yōu)選實施例的投影裝置中光學(xué)合成系統(tǒng)側(cè)面圖;
圖21B為基于本發(fā)明優(yōu)選實施例的投影裝置中光學(xué)合成系統(tǒng)正視圖;
圖21C為基于本發(fā)明優(yōu)選實施例的投影裝置中光學(xué)合成系統(tǒng)后視圖;
圖21D為基于本發(fā)明優(yōu)選實施例的投影裝置中光學(xué)合成系統(tǒng)頂視圖。
具體實施例方式
為詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將上述圖示作為參考。上述圖示及與之對應(yīng) 的說明僅作為本發(fā)明的范例，并不限制附加于本實施例詳細描述的專利范圍。具體 而言，通過參考圖6至圖16，下面將對本發(fā)明的典型實施例進行描述。
圖6為按照本發(fā)明實現(xiàn)的一個投影顯示裝置的功能方框圖。圖7為在該投影顯 示裝置中應(yīng)用的空間光調(diào)制器像素單元布局的截面圖。
參照圖6，投影顯示裝置100包含一個空間光調(diào)制器(SLM)200、控制器件110、 投影光學(xué)系統(tǒng)130和光源光學(xué)系統(tǒng)140。投影光學(xué)系統(tǒng)130將投射光313投射到顯 示屏幕上(未畫出)，光源140發(fā)出入射光311。空間光調(diào)制器件200接收入射光 311產(chǎn)生反射光312。顯示系統(tǒng)還包括控制裝置110，它由處理器111、幀存儲器 112和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器113組成。處理器111包含一個控制控制裝置工作時間的微處理 器和光調(diào)制器件200。
幀存儲器112保持從外部器件(未畫出)接收到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)(如二進制數(shù) 據(jù)400)。在一個幀周期內(nèi)接收并存儲至幀存儲器的總數(shù)據(jù)量用于工作和控制。二 進制數(shù)據(jù)400的一次更新實現(xiàn)一幀的顯示。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器113處理從幀存儲器112中讀出的二進制數(shù)400，產(chǎn)生由位串組成的非二進制數(shù)500作為輸出數(shù)據(jù)，這將在下 面闡述。然后，空間光調(diào)制器件200將預(yù)置權(quán)重分配給字串中的每一位，下面將進
一步闡述。
在本典型實施例中，空間光調(diào)制器200包括一個像素陣列210、 一個列驅(qū)動器 220和一個行驅(qū)動器230。來自列驅(qū)動器220的垂直位線(未在圖中標識)與來自行 驅(qū)動230器的水平字線(未在圖中標識)相交叉，大量的像素單元211就置于這些交 叉點上。
圖7表明每一個像素單元211都是由襯底上鉸鏈213支撐的鏡面212組成的。 鏡面212可以繞著鉸鏈213振蕩到任意傾斜角。
襯底214上的鏡面單元還包括一個關(guān)閉電極215和在鉸鏈213兩邊對稱放置的 關(guān)閉制動器215a，同樣的還有一個開啟電極216和襯底214上的開啟制動器。關(guān) 閉電極215被施加一預(yù)置電壓，用以產(chǎn)生庫侖力來使鏡面212偏轉(zhuǎn)至與關(guān)閉制動器 215a。鏡面212將入射光311反射至偏離投影光學(xué)系統(tǒng)130光軸的光閉方向的光路 上。開啟電極216被施加一預(yù)置電壓，用以產(chǎn)生庫侖力來使鏡面212偏轉(zhuǎn)至與開啟 電極216。鏡面212將入射光311反射至與投影光學(xué)系統(tǒng)130光軸的開啟方向匹配 的光路上。
襯底214上的微鏡單元還包括一個關(guān)閉電極215和在鉸鏈213兩邊對稱放置的 關(guān)閉制動器215a，同樣的還有一個開啟電極216和襯底214上的開啟制動器。
圖8描述了一個典型實施例的工作過程。圖8為傳統(tǒng)二進制P麗的例子，每一 位擁有一個用作乘數(shù)的預(yù)置權(quán)重來產(chǎn)生時間長度，用以控制一個鏡面單元。由于某 位為1時驅(qū)動像素為開為0時驅(qū)動像素至關(guān)，這種方法很容易實現(xiàn)。
然而，由于使用分散的多脈沖來控制微鏡，并且在一幀中的開態(tài)時間分散，圖 8所示的方法就導(dǎo)致了顯示偽像的問題更為嚴重。圖9為本發(fā)明的典型實施例，它 將開態(tài)時間限制到一個連續(xù)的脈沖內(nèi)。第二行的脈沖寬度控制方案標記為"非二進 制光模式1"。將開態(tài)脈沖的時間段放在幀首，相鄰像素的開態(tài)脈沖時間段相重合。
第三行的脈沖寬度控制方案標記為"非二進制光照模式2"。該控制方案描述 了開態(tài)脈沖位于幀末的例子。這也保證了相鄰像素開態(tài)時間段相互重合。模式1和 模式2中的最小時間段用圖9中的位標記，與用入射光信號的LSB預(yù)置的最短可控 時間相對應(yīng)。
用圖8波形所代表的二進制數(shù)據(jù)400來控制微鏡的開態(tài)/關(guān)態(tài)位置，將會導(dǎo)致 微鏡振蕩的不穩(wěn)定。由于在一幀中有許多分散的開態(tài)時間段，控制模式402無法提 供穩(wěn)定的控制模式。這種不穩(wěn)定性因為在"1" / "0"這種二進制控制方案下用 以產(chǎn)生總開態(tài)時間(它代表著像素的顯示亮度)的每一位的權(quán)重是不同的。
相反，在本實施例中，二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成非二進制數(shù)據(jù)500。這種轉(zhuǎn)換避免了在一幀內(nèi)開態(tài)或關(guān)態(tài)時間段的分散。因此，開態(tài)和關(guān)態(tài)時間段就分成了兩個較長的 連續(xù)時間段，從而避免了微鏡振蕩的不穩(wěn)定性。鏡面控制模式502是由非二迸制數(shù)
據(jù)500產(chǎn)生的。在非二進制數(shù)據(jù)中，首先設(shè)置位串為"1"，然后設(shè)置位串為"0"， 用以控制微鏡單元的振蕩。圖9第二行的二進制模式1清晰地闡述了這種控制。非 二進制數(shù)據(jù)500的權(quán)重501為"1"，這與二進制數(shù)據(jù)400的最低有效位(LSB)相等。
當幀首為連續(xù)的"l"位，其對應(yīng)的開態(tài)時間持續(xù)，此后為與"O"位對應(yīng)的關(guān) 態(tài)時間時，不穩(wěn)定的問題得到解決。不同于傳統(tǒng)的PWM控制過程，對開態(tài)和關(guān)態(tài)時 段的控制在一幀內(nèi)不再隨機分布。而傳統(tǒng)的P麗控制過程中，開-關(guān)模式并不嚴格 對應(yīng)于二進制數(shù)據(jù)400這樣的輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。通過使用轉(zhuǎn)換后的非二進制數(shù)據(jù) 控制過程得以改善，從而降低了控制信號的噪聲。這些噪聲通常會導(dǎo)致類似由非二 進制數(shù)據(jù)500的鏡面控制模式顯示圖像的暫態(tài)偽像問題。
圖9第三行為指定的非二進制產(chǎn)生鏡面控制模式502的一種方法。首先用非二 進制數(shù)"0"控制微鏡的關(guān)態(tài)，與0的位數(shù)相對應(yīng)。然后用若干"1"使鏡面在連續(xù) 的時間段內(nèi)保持開態(tài)，開態(tài)時間同樣與"1"的位數(shù)對應(yīng)。在一幀的顯示過程中， 通過將鏡面212的開-關(guān)狀態(tài)分為完整連續(xù)的時間段，減少了圖像顯示中的偽像問 題。
圖10為本發(fā)明的另一控制過程的實施例。標記為"非二進制模式3"的一行 將輸入信號分成兩部分數(shù)據(jù)。高位數(shù)據(jù)有著較大的最短時段，或者位。低位數(shù)據(jù)有 較低的時間段，這和原始輸入信號中的最低有效位(LSB) —樣。因為計算量的減 少，這種控制過程減輕了系統(tǒng)設(shè)計師的負擔。在模式3中開態(tài)時間置于幀首，在第 三行所示控制模式4中，開態(tài)時間置于幀末。這兩種控制過程都減少了一幀內(nèi)不必 要的開-關(guān)轉(zhuǎn)換。具體而言，圖10中的控制過程將5位二進制數(shù)據(jù)400分成兩段二 進制數(shù)據(jù)410和420并將其轉(zhuǎn)換成模式3中的非二進制數(shù)據(jù)。然后分別施加不同的 權(quán)重到二進制數(shù)據(jù)段410和420，用以生成非二進制數(shù)據(jù)510和520。非二進制數(shù) 據(jù)520的權(quán)重521由與二進制數(shù)據(jù)400最低兩位相對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)420轉(zhuǎn)換而成。 將其設(shè)置為"l"，與二進制數(shù)據(jù)400的最低有效位相同。同時，圖10位于非二進 制模式3下一行的非二進制模式4中。非二進制數(shù)據(jù)510的權(quán)重由二進制數(shù)據(jù)400 的前三位二進制數(shù)據(jù)410產(chǎn)生，設(shè)置為"4"，是非二進制數(shù)據(jù)520權(quán)重的四倍。
非二進制數(shù)據(jù)510和520的總位數(shù)(如子幀數(shù)量)與二進制數(shù)據(jù)400的十進制 數(shù)值的位數(shù)相比得以減少。非二進制模式3描述了一個通過應(yīng)用非二進制數(shù)據(jù)510 和520中的"1"位串產(chǎn)生鏡面控制模式511和522的例子。同時非二進制模式4 顯示了產(chǎn)生鏡面控制模式512和522的過程，即前面的非二進制數(shù)510中首先設(shè)置 "0"位串，而后面的非二進制數(shù)520中首先設(shè)置"1"位串。
在應(yīng)用非二進制模式4進行鏡面控制時， 一幀內(nèi)的鏡面開態(tài)時間集中為一個時間段，而不是若干個分散的時間。前面的鏡面控制模式512與后面的控制模式522
的開態(tài)時間連接成了連續(xù)的時間，有效地抑制了臨時偽像的顯示。同時該控制過程 中運用的非二進制數(shù)據(jù)量也得到了降低。
圖11描述了本發(fā)明的另一控制過程實施例。輸入數(shù)據(jù)被分成兩部分高位數(shù) 據(jù)和低位數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)再被分為等值的四部分。這四部分數(shù)據(jù)分配在一個幀之中， 這樣降低了鏡面的開態(tài)時間間隔。除此之外，這樣的控制過程對于存在高速顏色輪 盤的工作過程還有額外的益處。因為可以通過劃分控制時間段來實現(xiàn)與多部分顏色 輪盤相同步。
在基于非二進制數(shù)據(jù)模式5的控制過程中，二進制數(shù)據(jù)的高位部分被分為相同 位數(shù)的四部分二進制數(shù)據(jù)431、 432、 433和434。然后分別轉(zhuǎn)換為七位非二進制數(shù) 據(jù)531、 532、 533和534。接下來二進制數(shù)據(jù)400的低位部分435轉(zhuǎn)換為三位的非 二進制數(shù)據(jù)535。圖11所示非二進制模式5中，上面一行通過將"1"位串置于始 部分產(chǎn)生非二進制鏡面控制模式541、 542、 543、 544和545。下面一行為先將"0" 位串置于非二進制數(shù)據(jù)531、 532、 533和534開始部分，再將"1"位串置于非二 進制數(shù)據(jù)535后面部分產(chǎn)生非二進制鏡面控制模式541、 542、 543和544的過程。
非二進制模式5的下面一行描述了一種能有效抑制臨時偽像的過程。該過程 中，鏡面控制模式544的開態(tài)時間跟后面非二進制數(shù)據(jù)535的控制模式545的開態(tài) 時間緊密相接。對應(yīng)于前面非二進制數(shù)據(jù)的鏡面控制模式531、 532、 533和534被 應(yīng)用在時間段中來與一幀中色輪的每個顏色合成。
圖12闡述了在多種中間態(tài)下工作的微鏡器件控制典型實施例。例1中處于開 關(guān)狀態(tài)間的振蕩態(tài)控制調(diào)制光來實現(xiàn)投射圖像的顯示。例2為另一通過在開關(guān)位置 間振蕩來實現(xiàn)中間態(tài)的例子。例3為一通過開關(guān)間兩個振蕩態(tài)實現(xiàn)中間態(tài)的例子。
圖13為應(yīng)用非二進制模式6的例子，其中的低位數(shù)據(jù)為穩(wěn)定的中間態(tài)。模式 7為使用非二進制數(shù)據(jù)的例子，其低位數(shù)據(jù)為振蕩態(tài)。
非二進制模式6和7包含一個由非二進制數(shù)據(jù)產(chǎn)生的鏡面控制模式551，它被 用來定義一個值為幀長Tf 3/34的時間寬度，然后作為時間寬度為tl的位的權(quán)重。 而由非二進制數(shù)據(jù)生成的鏡面控制模式552，被用來定義一個值為幀長Tf 4/34的 時間寬度，然后作為時間寬度為t2的位的權(quán)重。非二進制模式6中的控制模式552 通過將微鏡調(diào)控在中間態(tài)的位置上控制圖像的亮度，這一點將在后面作進一步介 紹。非二進制模式7中的鏡面控制模式552通過調(diào)控停留在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間的鏡面 212控制顯示圖像的亮度，這一點也將在后面介紹。
圖14所示的截面圖闡明了一個微鏡工作在中間態(tài)和振蕩態(tài)的典型實現(xiàn)方案。 具體而言，圖14顯示了鏡面212在開態(tài)位置的第一傾斜狀態(tài)在關(guān)態(tài)位置的第二傾 斜狀態(tài)。中間態(tài)位置處的第三狀態(tài)。鏡面212被控制停在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間交替振蕩，即為振蕩態(tài)。
以上描述的圖13中非二進制模式6的鏡面控制模式552是讓鏡面212處于開 態(tài)和關(guān)態(tài)位置之間的中間態(tài)來控制顯示圖像的亮度而實現(xiàn)的。非二進制模式6的鏡 面控制模式552也可以讓鏡面212處于開態(tài)和關(guān)態(tài)之間振蕩來實現(xiàn)。
接下來將描述操作處于中間態(tài)像素單元211的方法。通過控制鏡面212停止在 開和關(guān)之間來控制鏡面在開態(tài)和關(guān)態(tài)位置之間震蕩。下圖中對各種光學(xué)部件、不同 的功能單元和操作元素的數(shù)字標記與上述圖示相同。
圖15A和15B為有多個轉(zhuǎn)軸的典型微鏡裝置工作在中間態(tài)的示意圖。具體而言， 圖15A和15B中的微鏡裝置包括一套中間態(tài)電極217和中間態(tài)制動器217a，它們 對稱置于鉸鏈213的兩側(cè)。鉸鏈位于與關(guān)電極215和開電極216連線垂直的方向上。 電極215和216對稱置于鉸鏈213的兩側(cè)。
圖15B所示像素單元211產(chǎn)生的中間態(tài)反射光321a投射到入射光311和反射 光312交疊這一固定的角度范圍內(nèi)的光路。當鏡面212被控制傾斜在中間態(tài)時，反 射光即投射于中間態(tài)。通過操控中間態(tài)電極217，中間態(tài)處于與關(guān)態(tài)電極215和開 態(tài)電極216相關(guān)的平面上。
正如圖16A和16B所示，可以通過改變鏡面角度來調(diào)整反射率。在可調(diào)節(jié)的角 度范圍內(nèi)，設(shè)計鏡面在開態(tài)位置處供最大的顯示亮度，在關(guān)態(tài)位置處提供最低的顯 示亮度。調(diào)整微鏡的位置使其反射部分光線，這樣就可以控制顯示系統(tǒng)投射出低于 LSB亮度的圖像，從而提高顯示圖像的灰度等級。
相比之下，傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，將對(0， 1)信號作用到鏡面內(nèi)的電極，會使微鏡 處于開態(tài)位置，(0， 1)信號定義為左邊電極施加零電壓、右邊電極作用開態(tài)高電 壓，如圖16A所示。信號(1， 0)則用以驅(qū)動微鏡至關(guān)態(tài)位置。
圖16C為工作在振蕩狀態(tài)的鏡面控制示意圖，在該狀態(tài)微鏡的反射光密度低于 開態(tài)位置的光密度。通過對鏡面下的兩電極施加零電壓，即(0， 0)信號控制微鏡 的振蕩。通過對電極施加電壓，微鏡又會回到開態(tài)或關(guān)態(tài)。而圖1C所示的傳統(tǒng)驅(qū) 動電路中，要使微鏡工作在這樣的狀態(tài)下需要有多位的輸入系統(tǒng)。
各種計算機仿真已計算出微鏡處于中間態(tài)或者振蕩態(tài)時的平均反射率根據(jù)光
學(xué)配置結(jié)構(gòu)的不同在20%到40%之間。如果系統(tǒng)選擇合適，反射率可以達到25%也 就是1/4。這使得在不改變輸入光密度的情況下，顯示系統(tǒng)可以控制微鏡調(diào)制出亮 度為原來l/4的光。當多個脈沖作用于處在開態(tài)中間位置的鏡面下的電極時，反射 率可達3/4，如圖16C左邊的箭頭。
除了上述圖16A、 16B和16C外，本實施例的空間光調(diào)制器200中的每個按陣 列擺放的像素單元也可以有如下構(gòu)造。
圖17A為像素單元211的另一種典型結(jié)構(gòu)。參照圖17A，右上圖為鉸鏈213支撐的像素單元211的鏡面212，左上圖為去除鏡面后像素單元211的頂視圖。圖17A 底圖為鏡面212傾斜于不同角度時像素單元211沿A-A'方向的截面圖。在本實施 例中，像素單元211包括一個開態(tài)制動器216a和一個關(guān)態(tài)制動器215a。它們分別 在開態(tài)電極216和關(guān)態(tài)電極215上。開態(tài)制動器216a和可變光軸AX間的距離與關(guān) 態(tài)制動器215a和開態(tài)制動器216a間的距離相同。同時，開態(tài)制動器216a的高度 要低于關(guān)態(tài)制動器215a。
對于這樣設(shè)置的像素鏡面，開態(tài)電極216施加預(yù)置電壓會使鏡面212轉(zhuǎn)動至開 態(tài)并逐漸靠近至開態(tài)制動器216a。鏡面把入射光311反射到投射光學(xué)系統(tǒng)130上 (這里指開態(tài)時的反射光)。
入射光311以指定的與可變光軸垂直的入射角度投射到鏡面212上。對關(guān)態(tài)電 極215施加一定的預(yù)置電壓，使鏡面212轉(zhuǎn)動到關(guān)態(tài)角度位置上，逐漸靠近至關(guān)態(tài) 制動器215a。鏡面反射入射光311，使反射光不能投射到光學(xué)系統(tǒng)130 (這里指關(guān) 態(tài)時的反射光)。當鏡面212處于關(guān)態(tài)時，終止作用于關(guān)態(tài)電極215上的電壓，會 使鏡面212進入振蕩狀態(tài)。振蕩的鏡面會將入射光反射到鏡面212振蕩態(tài)對應(yīng)的方 向。在一個良好的實施例中，鏡面的傾斜角在正15度以內(nèi)時為開態(tài)(即開態(tài)角)， 傾斜角在-13度以內(nèi)時為關(guān)態(tài)(即開態(tài)角)。在典型的實施例中，開態(tài)制動器216a 的高度低于關(guān)態(tài)制動器215a的高度，這與兩制動器高度相等的情況相比，前者的 入射光311的入射角可以得到提到。
相反，如果關(guān)態(tài)制動器215a較低，中斷開態(tài)時作用于開態(tài)電極的電壓，此時 微鏡可能會處于振蕩狀態(tài)。
應(yīng)用本實施例中的像素單元211，通過控制鏡面212使其只投射開態(tài)時光密度 的1/4，可以使可控灰度提高四倍。
相比傳統(tǒng)的單板連續(xù)系統(tǒng)中應(yīng)用8位控制信號的LSB時長，有256個灰度，時 間長度約為20微秒，本實施例能夠應(yīng)用IO位的控制信號，也就是說1024個灰度。 此外，應(yīng)用三個鏡面212的裝置能夠應(yīng)用12位的控制信號，即4096個灰度。
與傳統(tǒng)技術(shù)不同，為了應(yīng)用上面提到的振蕩態(tài)來提高灰度等級，鉸鏈2113的 彈簧最好要柔軟靈活。鏡面212振蕩的時間要比設(shè)定的時間T要長。通過投影光學(xué) 系統(tǒng)130的光密度比很容易設(shè)定為所需值，因此作用于鉸鏈213彈簧上的壓力很小。 灰度等級的提高不會受到鉸鏈213壽命的限制，用于延長鏡面振蕩周期的控制信號 時間間隔也會變得更長。這種較長的控制周期對即使提高的像素數(shù)量都是有益的。 視頻圖像信號提供到鏡面212陣列的每一條線上。為了實際操作，為單線的第一個 像素提供一個存儲區(qū)，同時為最后一個像素提供一個數(shù)字信號。為所有線提供視頻 信號和再次為第一個像素提供視頻信號的時間之和要短于最低有效位LSB的時間。 考慮到數(shù)據(jù)傳輸時間的問題，可以允許更長的最低有效位、更長的時間來傳輸更多的數(shù)據(jù)。這樣系統(tǒng)可以擁有更多的像素來處理更高分辨率的圖像顯示。
圖17C為解釋在一幀的時間內(nèi)像素單元211的鏡面212狀態(tài)的時間顯示圖。在 本實施例中，像素單元211設(shè)定為控制鏡面212使其處于+15°內(nèi)的開態(tài)或者處于 -13°內(nèi)的關(guān)態(tài)。同時，還可以控制微鏡裝置使其處于如圖17所示-13°和13°間 的振蕩態(tài)，以產(chǎn)生另外的灰度級。
圖18A為像素單元211的另一典型構(gòu)造的頂視圖和截面圖。在圖18A中，中上 圖為像素單元211的鏡面212 (連同鉸鏈)，左圖為去除鏡面的像素單元211的頂 視圖，右圖為像素單元211 (包括鏡面212)沿B-B'方向的截面圖。下圖為像素 單元211 (包括鏡面212)沿C-C'方向的截面圖。
如圖18A所示，在本實施例中像素單元211具有一個中間態(tài)電極217和中間態(tài) 制動器217a，以便控制鏡面工作在中間態(tài)。當然微鏡還包括開態(tài)電極216、關(guān)態(tài)電 極215、開態(tài)制動器216a和關(guān)態(tài)制動器215a。開態(tài)制動器216a與可變光軸AX1的 間距與關(guān)態(tài)制動器215a和可變光軸AX1的間距相等。開態(tài)制動器216a和關(guān)態(tài)制動 器215a的高度也相等。中間態(tài)制動器217a的高度設(shè)計為高于開態(tài)制動器216a和 關(guān)態(tài)制動器215a。中間態(tài)制動器217a要有特殊的橫截面結(jié)構(gòu)，以避免鏡面212繞 光軸AX1傾斜時與它物理接觸。中間態(tài)制動器217a的高度也需要滿足同樣的要求。 鉸鏈213的橫截面接近圓形。
通過在開態(tài)電極216上施加一預(yù)定電壓，鏡面212繞光軸AX1傾斜直至接觸開 態(tài)制動器216a，到達開態(tài)位置。鏡面將入射光311反射到投射光學(xué)系統(tǒng)130上(這 里指開態(tài)時的反射光)。注意入射光311以垂直于光軸AX1的預(yù)定角度反射。
同樣，作用于關(guān)態(tài)電極215上的預(yù)定電壓使鏡面212繞反射光軸AX1轉(zhuǎn)動至關(guān) 態(tài)位置，直至微鏡212接觸到關(guān)態(tài)制動器215a。
對中間態(tài)電極施加一預(yù)定電壓，鏡面212接觸中間態(tài)制動器217a，然后終止 該電壓，微鏡212工作于擺動態(tài)。鏡面以光軸AX2為偏轉(zhuǎn)軸自由振蕩，根據(jù)振蕩位 置的不同將入射光反射到相應(yīng)的方向上。
同時，可以控制鏡面212與中間態(tài)制動器217a接觸而處于中間態(tài)的時間。而
處于中間態(tài)。
在本典型實施例中，設(shè)定鏡面單元傾斜角為13°時為開態(tài)(即開態(tài)角度)， -13°時為關(guān)態(tài)(即關(guān)態(tài)角度)，在+4°與-4°之間時為振蕩態(tài)(即中間態(tài)角度)。
圖18B為鏡面212在開態(tài)、關(guān)態(tài)和中間態(tài)這三個狀態(tài)時反射光312光軸的情況。 鏡面212繞反射光軸AX1傾斜，在開態(tài)時將入射光311反射到投射系統(tǒng)130上(開 態(tài)光軸)，在關(guān)態(tài)時反射到系統(tǒng)130以外(關(guān)態(tài)光軸)。
同時，當鏡面212處于振蕩態(tài)時，將入射光311反射到對應(yīng)中間態(tài)的方向(中 間態(tài)光軸)。鏡面同樣繞作為偏轉(zhuǎn)軸的可變形光軸AX2振蕩。圖18C展示了對應(yīng)圖18B中每個光軸的反射光312的通量。如圖18C所示，在 開態(tài)時，反射光312的光通量進入投影光學(xué)系統(tǒng)130，覆蓋了整個投影區(qū)域。本實 施例能夠在開態(tài)反射出比投影光學(xué)系統(tǒng)130直徑更大的反射光柱。另一方面，關(guān)態(tài) 時的反射光的通量不投射到投影光學(xué)系統(tǒng)130。在振蕩態(tài)或中間態(tài)，僅有部分反射 光通量投射到與系統(tǒng)130交疊的區(qū)域上。
圖19為基于本發(fā)明的另一投影裝置布局框圖。有圖可見，基于本實施例的投 影裝置5010包括一個單空間光調(diào)制器(SLM) 500 (對應(yīng)于上面描述的空間光調(diào)制 器件200)， 一個控制單元5500， 一個全內(nèi)反射棱鏡(TIR) 5300， 一個投影光學(xué) 系統(tǒng)5400，以及一個光源光學(xué)系統(tǒng)5200。投影裝置5010也就是所謂的單極板投影 裝置5010由單空間光調(diào)制器構(gòu)成。顯示系統(tǒng)5400包括空間光調(diào)制器5100和位于 投射系統(tǒng)5400光軸處的全內(nèi)反射棱鏡5300。顯示系統(tǒng)還包括一個光源光學(xué)系統(tǒng) 5200，其光軸的角度不同于光學(xué)系統(tǒng)5400。
全內(nèi)反射棱鏡5300生成照明光束5600，該光束從旁邊的光源光學(xué)系統(tǒng)5200 發(fā)出，入射到具有特定傾斜角的空間光調(diào)制器5100上，同時產(chǎn)生反射光5602。這 些反射光基本是垂直反射到空間光調(diào)制器5100上，再傳輸?shù)酵队肮鈱W(xué)系統(tǒng)5400。
被投影光學(xué)系統(tǒng)5400投射的反射光5602經(jīng)過光學(xué)調(diào)制器5100和全反射棱鏡 5300，投射到屏幕5900上，或像投射光5603 —樣用于圖像顯示。光源光學(xué)系統(tǒng) 5200由可調(diào)光源5210、聚光鏡頭5220和5240，以及棒狀聚光鏡體5230組成。聚 光鏡頭5220聚焦從可調(diào)光源射出的光量?？烧{(diào)光源5210、用于匯聚從可調(diào)光源5210 發(fā)出光通量的聚光透鏡5220，棒狀聚光鏡體5230和聚光透鏡5240在光線5600的 光軸方向依次放置。光線5600從上述可調(diào)光源5210射出，入射到全內(nèi)反射棱鏡 5300的側(cè)面。
運用單空間光調(diào)制器5100連續(xù)彩色顯示方法，投影裝置5010實現(xiàn)了在屏幕 5900上的彩色顯示?？烧{(diào)光源5210可以包括一個紅色激光光源5211，綠色激光光 源5212和藍色激光光源5213，并可對該三個光源進行發(fā)射狀態(tài)的單獨控制?？烧{(diào) 光源將顯示數(shù)據(jù)中的幀分成許多的子域(在此三個子域?qū)?yīng)于紅(R)、綠(G)、藍
(B))，使得紅色激光光源5211、綠色激光光源5212和藍色激光光源5213在時間 上輪流連續(xù)開啟，每一顏色將在后面詳細介紹。在所示結(jié)構(gòu)，投影裝置5010和與 前述控制裝置300結(jié)構(gòu)相似的控制單元5500 —起，利用圖16所示控制方法來實現(xiàn) 對空間光調(diào)制器(即空間光調(diào)制單元200) 5100的控制。
圖20給出了基于本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例投影裝置的功能框圖。投影裝置 5020，也就是所謂的多板投影儀，是由許多空間光調(diào)制器5100 (例如 5100R，5100G,5100B)構(gòu)成的，這正是與前述投影裝置的不同之處。投影裝置5020
由若干空間光調(diào)制器5100組成，在投影光學(xué)系統(tǒng)5400和每個空間光調(diào)制器間都有一個光的分離/合成光學(xué)系統(tǒng)5310。分離/合成光學(xué)系統(tǒng)5310由一個全內(nèi)反射棱鏡 5311、色散棱鏡5312和色散棱鏡5313組成。棱鏡5311引導(dǎo)從投影光學(xué)系統(tǒng)5400 光軸射出的光線5600照射到空間光調(diào)制器5100的一邊。色散棱鏡5312將經(jīng)由全 內(nèi)反射棱鏡5311的紅色入射光分離，使其入射到紅光空間調(diào)制器5100R，同時引 導(dǎo)紅光的反射光5602R照射到全內(nèi)反射棱鏡5311上。同前述圖像顯示系統(tǒng)類似， 色散棱鏡也能分離出經(jīng)由全內(nèi)反射棱鏡5311入射光中的藍光(B)和綠光(G)， 并將其分別投射到藍光空間調(diào)制器和綠光空間調(diào)制器上，同時將藍光的反射光 5602B和綠光的反射光5602G引導(dǎo)至全內(nèi)反射棱鏡5311上。
因此，紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色的分別由對應(yīng)的光調(diào)制器5100同 時進行調(diào)制，調(diào)制后的反射光5602R， 5602B和5602G經(jīng)由投射光學(xué)系統(tǒng)5400后 成為入射光5603，投射到屏幕5900上實現(xiàn)了彩色顯示。在這個投影裝置5020典 型實施例中，控制單元5500同前面描述的控制裝置300相似，通過使用由第一鏡 面控制信號411和第二鏡面控制信號421合成的調(diào)制控制信號440來控制若干個光 調(diào)制器5100。為了避免受限于光分離/合成光學(xué)系統(tǒng)5310，我們還可以想到一些光 分離/合成光學(xué)系統(tǒng)的改進方法。
圖21A、 21B、 21C和21D為應(yīng)用若干空間光調(diào)制器5100的投影裝置光學(xué)系統(tǒng) 構(gòu)造框圖。圖27A為基于本實施例的合成光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)面圖，27B為正面圖，27C 為后視圖，27D為頂視平面圖。本實施例中投影裝置5030的光學(xué)系統(tǒng)由器件包5100A 構(gòu)成，它包括了若干光調(diào)制器5100， 一個色彩合成光學(xué)系統(tǒng)5340， 一個光源光學(xué) 系統(tǒng)5200以及一個可調(diào)光源5210。器件包5100A中的這些空間光調(diào)制器5100以 這樣一種方式固定調(diào)制器5100的矩形邊框與器件包5100A的每條邊在同一水平 面與呈近45度角。
色彩合成光學(xué)系統(tǒng)5340置于器件包5100之上，它包括的兩直角形棱鏡5341 和5342在縱向上相接成為等邊三角形柱體，而在兩棱鏡邊上的光導(dǎo)模塊5343為由 斜面相接而成底部朝上的直角三角形柱體。光吸收體5344和固定的光導(dǎo)模塊5343 分別位于棱鏡5341和5342的兩側(cè)。
光導(dǎo)向模塊5343的底部裝置著綠色激光光源5212的光源光學(xué)系統(tǒng)5200，紅 色激光光源5211的光源光學(xué)系統(tǒng)5200，藍色激光光源5213的光源光學(xué)系統(tǒng)5200， 并且每個光源都有垂直光軸。從綠色激光光源5212發(fā)出的光線5600入射到空間光 調(diào)制器5100上，在棱鏡5341的底面以入射光5601入射穿過光波導(dǎo)5343和棱鏡 5341。同樣，從紅色激光光源5211和藍色激光光源5213發(fā)出的光線5600入射到 空間光調(diào)制器5100上。
投射到空間光調(diào)制器5100上的紅色和藍色入射光5106經(jīng)過棱鏡5342后從固 定外表面垂直向上反射。光線按照這個順序傳播，即經(jīng)過棱鏡5342入射到光學(xué)系統(tǒng)5400，生成投射光5603用于圖像顯示。同時，入射到空間光調(diào)制器5100上的 綠色入射光5601經(jīng)過垂直反射后作為反射光5602穿過棱鏡5341，被其外表面再 次反射，然后沿著與紅色和藍色反射光5602相同的光路入射到光學(xué)系統(tǒng)5400上。 當鏡面212處于開態(tài)時，投射到投影光學(xué)系統(tǒng)5400上的光經(jīng)過處理成為投射光 5603。
如上所述，基于本實施例的鏡面裝置單個器件包5100A至少包括兩個光調(diào)制器 5100。 一種發(fā)光模式為只從綠色激光光源5212發(fā)出入射光5601。光調(diào)制器5100 的另一發(fā)光模式為從紅色激光光源5211或藍色激光光源5213發(fā)出入射光。由這兩 個空間光調(diào)制器調(diào)制出來的調(diào)制光分別入射到相對應(yīng)的色彩合成光學(xué)系統(tǒng)5340 上，經(jīng)過投射系統(tǒng)5400的放大投射到屏幕5900上，或像投射光5603 —樣用于圖 像顯示?；诒緦嵤├耐队把b置5030由控制裝置300構(gòu)成，它通過使用調(diào)制控 制信號440和多種如前所述控制方法相結(jié)合的方式控制空間光調(diào)制器5100。其中 調(diào)控信號440由第一鏡面控制信號411和第二鏡面控制信號421合成。
雖然本發(fā)明目前已經(jīng)用上述優(yōu)化的實施例進行了描述，但是我們應(yīng)該明白，這 種實施例并不局限于以上表述。熟讀上述詳細介紹并熟練掌握這一技巧的人肯定會 想到許多種對裝置的變動和更改。因此，我們的目的是要讓附加聲明能涵蓋一切體 現(xiàn)本發(fā)明思想、屬于本發(fā)明范圍的變動與更改。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示系統(tǒng)，包括接收N位二進制圖像信號的信號處理器，其中N為正整數(shù)；上述信號處理器還包括一個將至少M位二進制信號轉(zhuǎn)換為多位非二進制信號的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中M為正整數(shù)，且滿足N≥M≥2；非二進制數(shù)據(jù)的每一位都有一用以調(diào)制圖像顯示的權(quán)重，該權(quán)重小于或等于二進制數(shù)的M位最低有效位權(quán)重。
2、 如權(quán)利要求1所述圖像顯示系統(tǒng)，其中上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器還要把N位二進制數(shù)據(jù)中的連續(xù)M位轉(zhuǎn)換為非二進制數(shù)據(jù)。
3、 如權(quán)利要求1所述圖像顯示系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以先輸出全部非零位，后輸出零位的方式輸出轉(zhuǎn)換后的非二進制數(shù)據(jù)。
4、 如權(quán)利要求1所述圖像顯示系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以先輸出全部零位，后輸出非零位的方式輸出轉(zhuǎn)換后的非二進制數(shù)據(jù)。
5、 如權(quán)利要求1所述圖像顯示系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器把N位二進制數(shù)據(jù)分為至少兩部分，然后將其轉(zhuǎn)換為非二進制數(shù)據(jù)。
6、 如權(quán)利要求5所述圖像顯示系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出的上述至少兩部分數(shù)據(jù)時，從與鄰位數(shù)值不同的那一位開始輸出。
7、 如權(quán)利要求1所述圖像顯示系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器把N位二進制數(shù)據(jù)分成至少兩部分，并進一步至少將上述兩部分的其中一部分再分為至少兩個次部分；N位二進制數(shù)據(jù)最低有效位的權(quán)重要小于其最低有效位的權(quán)重；同一二進制數(shù)據(jù)至少有一個上述次部分轉(zhuǎn)換成非二進制數(shù)據(jù)。
8、 如權(quán)利要求7所述圖像顯示系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器先將上述次部分二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的非二進制的所有非零位輸出，然后再輸出零位。
9、 如權(quán)利要求7所述圖像顯示系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器先將上述次部分二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的非二進制的所有零位輸出，然后再輸出非零位。
10、 如權(quán)利要求7所述圖像顯示系統(tǒng)，其中對于由次部分轉(zhuǎn)換成的非二進制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器從與鄰位數(shù)值不同的數(shù)據(jù)位開始輸出。
11、 一種顯示器件，包括一個接收N位二進制圖像信號的信號處理器，其中N為正整數(shù)；該信號處理器還包括一個將至少M位二進制信號轉(zhuǎn)換為多位非二進制信號的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，M是正整數(shù)，且滿足N》M》2;至少一個包含許多鏡面單元的偏轉(zhuǎn)鏡面器件非二進制數(shù)據(jù)的每一位都有一個用以調(diào)制上述偏轉(zhuǎn)鏡面實現(xiàn)圖像顯示的權(quán)重，非二進制數(shù)據(jù)的每一位都有一個權(quán)重，該權(quán)重小于或等于二進制數(shù)據(jù)的M位的最低 有效位權(quán)重。(e) 每個鏡面單元至少有兩個偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，(f) 鏡面角度固定的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)和/或鏡面角度變化的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，(g) 鏡面單元受非二進制數(shù)據(jù)控制，(h) 非二進制數(shù)據(jù)每位數(shù)值相等時，鏡面偏轉(zhuǎn)狀態(tài)保持不變。
12、 如權(quán)利要求ll所述顯示器件，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器從一個相等數(shù)值開始按 順序?qū)Ψ嵌M制數(shù)據(jù)的每一位進行輸出。
13、 如權(quán)利要求ll所述顯示器件，其中每個上述鏡面單元至少有鏡面角度 固定和/或鏡面角度變化兩種偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，每個鏡面單元都受非二進制數(shù)據(jù)信號控制， 當非二進制數(shù)據(jù)各位數(shù)值相等時，每種偏轉(zhuǎn)狀態(tài)都在連續(xù)時段中保持狀態(tài)不變。
14、 如權(quán)利要求13所述顯示器件，其中鏡面角度固定的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)包括鏡面 處于開態(tài)角的偏轉(zhuǎn)態(tài)、處于關(guān)態(tài)角的偏轉(zhuǎn)態(tài)、在開態(tài)角和關(guān)態(tài)角之間某角度上的偏 轉(zhuǎn)態(tài)或既不處于開態(tài)角也不處于關(guān)態(tài)角的偏轉(zhuǎn)態(tài)。
15、 如權(quán)利要求13所述顯示器件，其中鏡面角度變化的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)包括在上 述鏡面在開態(tài)與關(guān)態(tài)中某一角度變化或振蕩的偏轉(zhuǎn)態(tài)，以及不在開態(tài)與關(guān)態(tài)中任一 角度變化或振蕩的偏轉(zhuǎn)態(tài)。
16、 如權(quán)利要求ll所述顯示器件，其中上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將上述二進制數(shù)據(jù)的上述N位中的M個連續(xù)位轉(zhuǎn)換為非二進制數(shù)據(jù)。
17、 如權(quán)利要求ll所述顯示器件，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出非二進制數(shù)據(jù)的方 式為先輸出上述非二進制數(shù)據(jù)的全部非零位，再輸出上述非二進制數(shù)據(jù)的零位。
18、 如權(quán)利要求ll所述信號處理器，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出非二進制數(shù)據(jù)的 方式為先輸出上述非二進制數(shù)據(jù)的全部非零位，再輸出上述非二進制數(shù)據(jù)的零位。
19、 如權(quán)利要求ll所述信號處理器，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出上述非二進制數(shù) 據(jù)的方式為從與相鄰位有不同數(shù)值的那一位開始輸出。
20、 一種顯示裝置的控制方法，包括 接收N位二進制字的圖像信號，其中N為正整數(shù)；將二進制數(shù)據(jù)中的至少M位轉(zhuǎn)換為一組非二進制數(shù)據(jù)，每一個非二進制數(shù)據(jù)的最低有效位權(quán)重小于或等于二進制數(shù)據(jù)的最低有效位權(quán)重，其中M為正整數(shù)且滿足 N》M^2;從與相鄰位有相同數(shù)值的那一位開始順序輸出；通過使用非二進制數(shù)據(jù)來控制空間光調(diào)制單元。
21、 如權(quán)利要求18所述顯示裝置的控制方法，其中上述M位二進制數(shù)據(jù)的 上述轉(zhuǎn)換步驟還包括對把上述M為數(shù)據(jù)作為上述二進制數(shù)據(jù)的上述N位中的連續(xù)M位進行轉(zhuǎn)換。
22、 如權(quán)利要求18所述顯示裝置的控制方法，其中上述非二進制數(shù)據(jù)的上 述輸出步驟還包括從"1"位開始順序輸出非二進制數(shù)據(jù)。
23、 如權(quán)利要求18所述顯示裝置的控制方法，其中上述非二進制數(shù)據(jù)的上 述輸出步驟還包括從"0"位開始順序輸出非二進制數(shù)據(jù)。
24、 如權(quán)利要求18所述顯示裝置的控制方法，其中將二進制數(shù)據(jù)分為至少兩部分連續(xù)二進制數(shù)據(jù)，然后把這兩部分二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成非二進制數(shù)據(jù)。
25、 如權(quán)利要求22所述顯示裝置的控制方法，其中上述非二進制數(shù)據(jù)的上述輸出步驟還包括從數(shù)據(jù)位上數(shù)值與相鄰位不同的那一位開始輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種圖像信號處理器，包括(a)一個用于接收和/或保持N位二進制字圖像信號的輸入電路，其中N為正整數(shù)；(b)一個將至少M位二進制信號轉(zhuǎn)換為多位非二進制信號的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其中M是正整數(shù)，且滿足N≥M≥2，其中(c)非二進制數(shù)據(jù)的每一位都有一個權(quán)重，該權(quán)重小于或等于二進制數(shù)據(jù)的M位的最低有效位權(quán)重；(d)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器從相等數(shù)值開始順序輸出非二進制數(shù)據(jù)的每一位。
文檔編號H04N7/01GK101595729SQ200780040246
公開日2009年12月2日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者前田義浩, 市川博敏, 石井房雄, 荒井一馬 申請人:硅索株式會社