專利名稱：采用/三維光學(xué)調(diào)制器的投影顯示的彩色相位控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖象顯示系統(tǒng)，更具體地說涉及一種采用三維光學(xué)調(diào)制器、白色光源、彩色轉(zhuǎn)盤的投射顯示系統(tǒng)。
三維光學(xué)調(diào)制器(SLMS)在投射顯示應(yīng)用領(lǐng)域的使用日益增加。DMD都是一種具有微型機(jī)械鏡元件陳列的SLM，它的每一個(gè)鏡元件是由電子數(shù)據(jù)尋址的。每一個(gè)鏡元件根據(jù)其他地址信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而使光反射或不反射到圖象平面上。
在以SLM為基礎(chǔ)的顯示應(yīng)用中，輸入的視頻信號(hào)必須被轉(zhuǎn)換成SLM可使用的二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式。當(dāng)模擬信號(hào)向數(shù)字形式轉(zhuǎn)換時(shí)，數(shù)據(jù)是按照逐個(gè)象素，逐行，和逐幀的次序進(jìn)行的。若數(shù)據(jù)為隔行掃描時(shí)，也可能需要進(jìn)行從場到幀的掃描變換。例如DMD的每一個(gè)鏡元件在同一時(shí)刻只顯示一個(gè)比特。換言之，任一時(shí)刻DMD反射的圖象都代表具有相同二進(jìn)制權(quán)重的一組比特。這樣，在傳遞到SLM以前，數(shù)據(jù)必須被重新組成″比特平面″。對(duì)于具有幾比特分辨率的象素，每種圖象就有幾個(gè)比特平面。
序號(hào)為07/678.761名稱為″用于脈沖寬度調(diào)制顯示系統(tǒng)的DMD的結(jié)構(gòu)和時(shí)標(biāo)控制″的美國專利，描述了一種以DMD為基礎(chǔ)的投射顯示系統(tǒng)。它同時(shí)還描述了一種利用這個(gè)系統(tǒng)重組視頻信號(hào)的方法，和一種能提供可變強(qiáng)度的比特平面的調(diào)制方法。
彩色圖象是由代表不同顏色的比特平面產(chǎn)生的。作為一個(gè)例子，電視畫面的每個(gè)象素可能具有24比特的數(shù)據(jù)。假如顏色為紅、綠、蘭這24比特中8比特將是紅色的數(shù)據(jù)，8比特為綠色數(shù)據(jù)，另外8比特為蘭色數(shù)據(jù)。一幀完整的電視畫面將包含24個(gè)比特平面的圖象。
一種提供單色圖象的技術(shù)是在SLM前面使用一個(gè)白光源和一個(gè)顏色濾光器。在一種這樣的設(shè)計(jì)中，白光照亮SLM，顏色濾光器放置在SLM和圖象平面之間，以使由SLM反射的圖象被濾色而具有該種顏色。而在另一種設(shè)計(jì)中，顏色濾光器放置在白光源和SLM之間。
顏色濾光器普通的實(shí)現(xiàn)手段是使光瞬時(shí)地濾過用馬達(dá)帶動(dòng)的具有紅、蘭和綠色部分的″彩色轉(zhuǎn)盤″。當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅、綠或蘭色的數(shù)據(jù)通過盤上相應(yīng)的部分被透射過去。最后的圖象顏色由每一種顏色的比特平面的數(shù)據(jù)決定。序號(hào)為07/809816名稱為″強(qiáng)化白光的彩色場順序投射″的美國專利描述了一種彩色轉(zhuǎn)盤在以DMD為基礎(chǔ)的投射顯示系統(tǒng)中的使用情況。
在彩色轉(zhuǎn)盤應(yīng)用中，轉(zhuǎn)速和彩色轉(zhuǎn)盤的相位與由SLM反射的圖象數(shù)據(jù)的時(shí)序必須同步。換言之，彩色轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)透時(shí)數(shù)據(jù)必須保證在正確的時(shí)間通過正確的顏色。
使彩色轉(zhuǎn)盤正確同步的困難在于從一種視頻信號(hào)向另一種變化時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生顏色相位的變化。即使新的數(shù)據(jù)和舊的數(shù)據(jù)頻率相同，相位也會(huì)變化。例如在電視系統(tǒng)中，觀看者可能會(huì)改變頻道，這樣，在應(yīng)當(dāng)獲得來自舊頻道的處理過的紅色數(shù)據(jù)時(shí)，SLM都可能獲得來自新頻道的處理過的蘭色數(shù)據(jù)。結(jié)果，除非將數(shù)據(jù)和彩色轉(zhuǎn)盤重新同步，否則當(dāng)彩色轉(zhuǎn)盤的紅色部分在SLM前面時(shí)，SLM將可能出現(xiàn)蘭色數(shù)據(jù)信息。
使彩色轉(zhuǎn)盤和數(shù)據(jù)同步的已有技術(shù)是用高轉(zhuǎn)矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤，它可以快速地使彩色轉(zhuǎn)盤加速或減速來調(diào)節(jié)其相位。然而這種高轉(zhuǎn)矩馬達(dá)是十分昂貴的。
本發(fā)明的第一個(gè)方面是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)的存貯器，該顯示系統(tǒng)采用一個(gè)SLM和一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的彩色轉(zhuǎn)盤，該轉(zhuǎn)盤具有不相同的顏色濾光片，以便從處理過的視頻數(shù)據(jù)中顯示圖象。存貯器存貯處理過的準(zhǔn)備向SLM傳遞的數(shù)據(jù)。存貯器具有單獨(dú)的可尋址部分，用來存貯DMD要顯示的每一種顏色的數(shù)據(jù)，這樣，從選定部分來的數(shù)據(jù)就可以在一個(gè)給定的瞬間從存貯器中讀到。指針控制單元產(chǎn)生閱讀指針，它代表存貯器中的一個(gè)地址，數(shù)據(jù)要從此處讀出。指針控制單元決定存貯器的當(dāng)時(shí)要閱讀的部分，和同彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)的反饋信號(hào)相應(yīng)的讀數(shù)的時(shí)序，而馬達(dá)的反饋信號(hào)指明所述的彩色轉(zhuǎn)盤相對(duì)于SLM中的視頻數(shù)據(jù)的相位。
存貯器的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是使彩色轉(zhuǎn)盤和顯示同步。通過控制閱讀指針可以解決彩色轉(zhuǎn)盤和SLM得到的數(shù)據(jù)之間的相位差。這樣對(duì)彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)的要求僅僅是在單位時(shí)間內(nèi)以固定旋轉(zhuǎn)速率驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤，不再有加速或減速來解決相位差的要求。這樣就有可能采用不昂貴的馬達(dá)。此外，為達(dá)到同步的瞬態(tài)時(shí)間被減到最小。就電視應(yīng)用來說，在頻道變化后，SLM得到的數(shù)據(jù)被快速地與彩色轉(zhuǎn)盤的位置重新同步。在電視以及其它應(yīng)用中，快速重新同步可以減少圖象令人不希望的人工干擾。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是用于一種顯示系統(tǒng)的彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)控制單元，該顯示系統(tǒng)采用一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的彩色轉(zhuǎn)盤，它從處理過的視頻信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)中，顯示多幀彩色圖象。一個(gè)鎖相振蕩器接收視頻信號(hào)的水平同步信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)頻率為所述水平同步信號(hào)與預(yù)定因子乘積的脈沖信號(hào)。一個(gè)第一幾分頻計(jì)數(shù)器接收從鎖相振蕩器來的脈沖信號(hào)，并且按照每幀掃描線的數(shù)目將比交錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行分頻，這樣就產(chǎn)生一個(gè)幀脈沖信號(hào)，其頻率等于幀長度與預(yù)定因子的乘積。一個(gè)第二幾分頻計(jì)數(shù)器接收幀脈沖信號(hào)，并借助預(yù)定的分頻器將比信號(hào)分頻，這樣就產(chǎn)生一個(gè)周期等于幀長的方波。這個(gè)信號(hào)可以用來驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤的同步交流馬達(dá)。
相位變化，例如使用電視機(jī)時(shí)改換頻道會(huì)引起馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的中斷，使用水平同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤的同步馬達(dá)可縮短馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的中斷時(shí)間，這是因?yàn)樗酵矫}沖間的中斷比垂直同步脈沖之間的中斷要小得多，并且還因?yàn)樵谒街匦峦狡陂g鎖相振蕩器/分頻器可以保持馬達(dá)驅(qū)動(dòng)波的波形。它還允許對(duì)彩色轉(zhuǎn)盤的相位進(jìn)行較大的調(diào)節(jié)，這樣使各種最大限度使用存貯空間的存貯管理技術(shù)可能得以采用。以下對(duì)附圖作一簡要說明。


圖1是一種按照本發(fā)明提出的以SLM為基礎(chǔ)的投射顯示系統(tǒng)的基本方塊圖，它既有幀存貯器又有馬達(dá)控制單元。
圖2表明了圖1中的指針單元和它與幀存貯器及彩色轉(zhuǎn)盤的相互聯(lián)接關(guān)系。
圖3說明了相位變化事件前后，垂直同步信號(hào)，彩色轉(zhuǎn)盤位置和SLM顯示的數(shù)據(jù)之間的相位關(guān)系。
圖4說明如何使用指針控制單元保持彩色轉(zhuǎn)盤和SLM顯示數(shù)據(jù)之間的同相關(guān)系。
圖5表示出了一個(gè)可以按照本發(fā)明管理的場移位寄存器。
圖6表明了圖1中的馬達(dá)控制單元和它與水平同步信號(hào)和彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)的相互聯(lián)接關(guān)系。
圖7表明圖6中的馬達(dá)控制單元產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。以及同彩色轉(zhuǎn)盤的位置的近乎恒定的相位關(guān)系。
參見序號(hào)為07/678.761名稱為″用于脈寬調(diào)制顯示系統(tǒng)的DMD的結(jié)構(gòu)和時(shí)算控制″的美國專利，它描述了一種以DMD為基礎(chǔ)的，但不具備本發(fā)明特征的投身顯示系統(tǒng)。該專利還描述了一種用該系統(tǒng)對(duì)要使用的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化的方法，及調(diào)制比特平面提供灰度色標(biāo)圖象的方法。參見序號(hào)為07/809,816，名稱為″強(qiáng)化白光的彩色場順序投影″的美國專利，它描述了具有彩色轉(zhuǎn)盤的以DMD為基礎(chǔ)的投射系統(tǒng)產(chǎn)生序列彩色圖象的一般用法。
圖1是以SLM為基礎(chǔ)的投射顯示系統(tǒng)內(nèi)的方塊圖，該系統(tǒng)可以從視頻信號(hào)的象素采樣數(shù)據(jù)中產(chǎn)生彩色圖象。該視頻信號(hào)可以是任何能對(duì)其象素?cái)?shù)據(jù)采樣的信號(hào)。例如這種視頻信號(hào)可以是電視廣播信號(hào)，它可以被采樣，及轉(zhuǎn)換成RBG數(shù)據(jù)。這種視頻信號(hào)也可以是諸如計(jì)算機(jī)信號(hào)源來的RBG信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。在任何情況下，各種類型視頻信號(hào)的共同特征是存在垂直同步信號(hào)，水平同步信號(hào)和能采集數(shù)字彩色數(shù)據(jù)的成分。對(duì)本說明書來說，可以假定這種視頻信號(hào)為一種模擬信號(hào)。
綜觀系統(tǒng)10，信號(hào)按口單元11接收視頻信號(hào)，并產(chǎn)生模擬視頻信號(hào)和同步信號(hào)送入信號(hào)處理單元12。接口單元11送出的視頻信號(hào)既可以是交錯(cuò)信號(hào)，也可以是非交錯(cuò)信號(hào)，并且可能既代表RBG數(shù)據(jù)又代表亮度/色度數(shù)據(jù)。
信號(hào)處理單元12將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)。它還可以加入諸如畫中畫和在屏幕狀態(tài)下顯示的特色。一般來說，信號(hào)處理單元12使顯示數(shù)據(jù)達(dá)到要求的狀態(tài)，并為系統(tǒng)10提供中心時(shí)標(biāo)。若數(shù)據(jù)是交錯(cuò)的，信號(hào)處理單元12還提供從場到全幀的掃描變奐。
顯示電子單元13在數(shù)據(jù)格式變換器13a中重組數(shù)字視頻信號(hào)，使數(shù)據(jù)和比特平面格式化，以實(shí)現(xiàn)序列彩色圖象。合適的數(shù)據(jù)格式變換器13a的細(xì)節(jié)可以在序號(hào)為07/755,981名稱為″具有正交輸入/輸出和三維記錄的數(shù)據(jù)格式變換器″的美國專利中找到，現(xiàn)引入在此參考。幀存貯器13b存貯向SLM13c傳送的幀圖象數(shù)據(jù)，并按照此處描述的本發(fā)明予以管理。SLM13c可以是任何類型的SLM。盡管本說明書是借助DMD約SLM作說明的，但任何其它類型的SLM都能替代該設(shè)備并用于此處描述的方法。合適的PMD13c的詳細(xì)情況可以參見霍恩貝克(Harnbeck)的序號(hào)為4956619名稱為″三維光學(xué)調(diào)制器″的美國專利。
顯示光學(xué)單元14接收SLM13c來的圖象，并將顯示圖象送到諸如顯示屏17那樣的圖象平面。彩色轉(zhuǎn)盤14a在工作時(shí)是旋轉(zhuǎn)的，以使每一個(gè)比特平面通過相應(yīng)的顏色濾光器傳送出去。對(duì)本發(fā)明書來說，彩色轉(zhuǎn)盤14a響應(yīng)紅、綠和蘭色的數(shù)據(jù)，但其它顏色也可以使用。
控制單元15提供各種系統(tǒng)控制功能。它具有一個(gè)指針控制單元15a可用來使SLM13a獲得的數(shù)據(jù)的時(shí)標(biāo)和彩色轉(zhuǎn)盤14a的位置同步，這一點(diǎn)將在下面結(jié)合圖2-4作進(jìn)一步的解釋?？刂茊卧?5還包括一個(gè)馬達(dá)控制單元15b，它給馬達(dá)16a提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS，這將在下面結(jié)合圖6和7作進(jìn)一步說明。指針控制單元15a的設(shè)計(jì)和操作與馬達(dá)控制單元15b是相互獨(dú)立的；投射顯示系統(tǒng)10可以擇一地被實(shí)現(xiàn)也可以同時(shí)被實(shí)現(xiàn)。
機(jī)械單元16提供各種機(jī)械系統(tǒng)功能。它具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤14a的馬達(dá)16a。
圖2表明了指針控制單元15a和幀存貯器13b，SLM13c，彩色轉(zhuǎn)盤14a，和彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)16a之間的關(guān)系。
圖2設(shè)計(jì)的基本思路是如何通過控制從存貯器13b中讀出的數(shù)據(jù)來代替改變彩色轉(zhuǎn)盤14b的相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色相變的再同步的。正如上面背景技術(shù)部分已說明的，這些相變可以因各種原因發(fā)生，例如作為改變電視機(jī)頻道的結(jié)果。
幀存貯器13b具有三個(gè)區(qū)，每一種顏色一個(gè)區(qū)。在本說明書中，采用24比特象素?cái)?shù)據(jù)的例子，假定幀存儲(chǔ)器13b對(duì)每一幀圖象提供24個(gè)比特平面，每種顏色包括8個(gè)處于待顯示格式的比特平面。換言之，從幀存儲(chǔ)器13b中讀出的數(shù)據(jù)是格式化了的。因此所有的顏色變換，掃描變換，和其它處理已經(jīng)進(jìn)行過。所以輸出的每一個(gè)比特平面都是準(zhǔn)備就緒，可待SLM13c顯示的。在一幀的周期內(nèi)，在本例中是1/60秒，這24個(gè)比特平面都將被SLM13c顯示，它們包含了一個(gè)″象幀″。根據(jù)幀存貯器13b的結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)格式化成DMD顯示的比特平面工作，既可以在輸入前，輸入時(shí)進(jìn)行也可以在輸出時(shí)進(jìn)行，將數(shù)據(jù)格式化成SLM顯示的比特平面和將數(shù)據(jù)寫入和讀出幀存貯器都在上面提到的美國專利和專利申請(qǐng)中有所討論。
幀存貯器13b分配給那些每個(gè)比特具有相同二進(jìn)制重量的比特平面數(shù)據(jù)的部分，在此稱作幀存貯器13b的一個(gè)″平面″。通常，存貯器13b作為先進(jìn)先出緩沖寄存器工作，因此，從它們的存貯器平面讀出的比特平面，以同它們被寫入時(shí)一樣的次序到達(dá)SLM13c。如下面結(jié)合圖3說明的那樣，每一個(gè)存貯器平面具有一個(gè)確切的寫入緩沖寄放器和一個(gè)讀出緩沖寄存器，它們是切換觸發(fā)式聯(lián)結(jié)的。以便當(dāng)一個(gè)讀出時(shí)，另一個(gè)可以寫入。這項(xiàng)技術(shù)有時(shí)也稱作″乒乓″緩沖寄存器技術(shù)。
寫入指針WP被用來保持向幀存貯器13b寫入數(shù)據(jù)的速率與視頻信號(hào)源一致。在典型情況下，存貯器13b的所有三個(gè)區(qū)都有寫入指針控制。這樣，三個(gè)存貯器平面，每種顏色一個(gè)，將同時(shí)接受一個(gè)比特平面的數(shù)據(jù)。垂直同步信號(hào)可以用來控制寫入指針，以便使幀信號(hào)寫入存貯器時(shí)具有與投射系統(tǒng)接收輸入視頻數(shù)據(jù)時(shí)相同的平均速率。
讀出指針RP用來使從幀存貯器13b中讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)入SLM13c中對(duì)具有同它被寫入時(shí)一樣的平均速率。如下面將說明的，控制讀出指針是為了使讀出過程與彩色轉(zhuǎn)盤14a的相位同步。
SLM13c接收從幀存貯器13c來的一個(gè)時(shí)間約一個(gè)比特平面的數(shù)據(jù)，SLM13c被裝置于一個(gè)固定點(diǎn)上，以便彩色轉(zhuǎn)盤14a將SLM13c來的反射光濾光到成象平面17上。SLM13c將光源(未表示出)來的白光反射出去，并借助其鏡元件的取位形成一個(gè)圖象。被反射的光經(jīng)彩色轉(zhuǎn)盤14a濾光，然后在此已經(jīng)彩色濾光的圖象被投射在象平面17上。當(dāng)彩色轉(zhuǎn)盤14a旋轉(zhuǎn)時(shí)，象平面17被此時(shí)刻SLM13c前面的彩色光照亮。如背景技術(shù)部分中指出的，彩色轉(zhuǎn)盤14a也可以放置在白光源和SL同13c之間，這時(shí)此處描述的本發(fā)明仍將適用。
對(duì)于實(shí)施圖2-4來說，彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)16a可以是任何類型的馬達(dá)，只要能以恒定的速度驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤14a。在本說明書中，可以假定其速度與每秒60幀的象幀速率相同，也就是每秒60轉(zhuǎn)。
重新參看圖1，彩色轉(zhuǎn)盤14a具有一條關(guān)于B的顏色界線，事實(shí)上在不同顏色之間都有一條界線。如圖2所示，檢測器21放置在靠近彩色轉(zhuǎn)盤14a的位置上，當(dāng)彩色轉(zhuǎn)盤14a旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就能檢測到那些顏色界線之一上設(shè)置的一個(gè)標(biāo)記23。彩色轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一次檢測器21就發(fā)出一次信號(hào)，該信號(hào)被傳送到時(shí)標(biāo)發(fā)生器15a這使對(duì)時(shí)標(biāo)發(fā)生器15a有可能決定每一條顏色界線何時(shí)通過一個(gè)固定的參考點(diǎn)。
傳送到SLM13c的數(shù)據(jù)和彩色轉(zhuǎn)盤14a的位置之間的關(guān)系在此稱作″顏色—相位″關(guān)系。當(dāng)彩色轉(zhuǎn)盤14a的一個(gè)顏色區(qū)在SLM13前通過時(shí)。當(dāng)這種顏色的所有比特平面都被SLM13顯示，則說明數(shù)據(jù)和彩色轉(zhuǎn)盤14a是同相的。
一個(gè)″幀周期″代表兩個(gè)垂直同步脈沖之間的時(shí)間間隔，彩色轉(zhuǎn)盤14a在每個(gè)幀周期內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)一次。對(duì)一種24比特的象素?cái)?shù)據(jù)來說彩色轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)14a轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)間正好使所有24個(gè)比特平面都被SLM13c顯示一次。
時(shí)標(biāo)發(fā)生器15a產(chǎn)生馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS，它被傳送到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)16a，以固定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤14a。時(shí)標(biāo)發(fā)生器15a還能產(chǎn)生寫入指針WP。和讀出指針RP，以控制幀存貯器13b數(shù)據(jù)的流入流出。
圖3表示在相變事件前后垂直同步信號(hào)V，彩色轉(zhuǎn)盤14a的位置，和SLM13c顯示的數(shù)據(jù)之間的相位關(guān)系。在本例中，說明了由于改變電視信號(hào)頻道引起垂直同步信號(hào)不連續(xù)時(shí)的相位變化的情況。
在頻道改變之前，垂直同步信號(hào)，彩色轉(zhuǎn)盤14a和數(shù)據(jù)都是同相的，此時(shí)，垂直同步信號(hào)和彩色轉(zhuǎn)盤14a的每一條白-紅邊界相對(duì)應(yīng)并同紅色數(shù)標(biāo)的起始對(duì)應(yīng)。
在頻道改變以后，垂直同步信號(hào)和彩色轉(zhuǎn)盤14a的旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)未必配匹，從這一意義上垂直同步信號(hào)和彩色轉(zhuǎn)盤14a不再同相。若新頻道的第一幀數(shù)據(jù)，在垂直同步信號(hào)開始時(shí)被讀出送入SLM13c，那么數(shù)據(jù)和彩色轉(zhuǎn)盤14a也將不匹配。換言之，數(shù)據(jù)和彩色轉(zhuǎn)盤14a將異相。然而如上面指出的，彩色轉(zhuǎn)盤位置和DMD顯示數(shù)據(jù)之間的同相關(guān)系是被相等維持的。
圖4說明了如何對(duì)幀存貯器13b進(jìn)行管理來維持彩色轉(zhuǎn)盤14a和SLM13c顯示的數(shù)據(jù)的同相關(guān)系。圖中分別表示出了存貯器13b的R、G或B區(qū)的信號(hào)存貯平面41，但應(yīng)當(dāng)理解每一種R、B或G區(qū)對(duì)那種顏色存在多比特平面。在本說明書的24比特象素例子中，每一種R，B或G區(qū)有8個(gè)存貯平面41。
幀存貯器13b的特點(diǎn)是它的R、G或B區(qū)中的任一種能被獨(dú)立地訪問，并開始讀出一個(gè)比特平面到SLMB中去。例如當(dāng)彩色轉(zhuǎn)盤14a的紅色邊界到達(dá)一個(gè)合適的點(diǎn)時(shí)，指針控制單元15a可以讀出指針RP發(fā)出指令，從存貯器13b的紅色區(qū)內(nèi)讀出紅色比特平面。然后再重復(fù)對(duì)綠色和蘭色區(qū)進(jìn)行閱讀。在蘭色區(qū)內(nèi)將蘭色比特平面讀出后，讀出指針返回紅色區(qū)。
每一個(gè)存貯平面41具有分配給讀出緩沖寄存器的空間。當(dāng)先前的比特平面從讀出緩沖寄存器中讀出時(shí)，寫入緩沖寄存器被寫入新的比特平面數(shù)據(jù)。在讀出緩沖寄存器讀出后，寫入指針和讀出指針被切換，以便寫入緩沖寄存器成為讀出緩沖寄存器，并且反過來也一樣。另外每個(gè)存貯平面41還具有一個(gè)溢出空間45。
在圖4中，每一個(gè)存貯平面41中的陰影區(qū)域是當(dāng)前的讀出緩沖寄存器，無陰影的區(qū)域是當(dāng)前的寫入緩沖寄存器。讀出緩沖寄存器包含一個(gè)完全的比特平面n。如圖中讀出指針位置指出的三色比特平面是將要讀出的。寫入緩沖寄存器正在寫入比特平面(n＋1)。溢出區(qū)域45可供當(dāng)前寫入緩沖寄存器使用。一般來說，在緩沖寄存器被切換后，寫入溢出區(qū)域45才可供當(dāng)前的寫入緩沖寄存器使用。
傳感器21根據(jù)SLM13c的要求放置，以便參照界線和從SLM13c來的圖象的位置之間有一個(gè)已知的時(shí)間關(guān)系。在一種簡單的實(shí)施方案中，傳感器21可以這樣放置，當(dāng)參照界線在SLM13c前面通過時(shí)，傳感器檢測到此界線。
在運(yùn)行中，傳感器21檢測參照界線并將此反饋信號(hào)傳送給指針控制單元15a。根據(jù)比信息控制單元15a測定下一個(gè)界線將于何時(shí)到達(dá)。另一個(gè)辦法，可以檢測彩色轉(zhuǎn)盤14a上的每一條界線，當(dāng)界線通過傳感器21時(shí)，提供一個(gè)單一的信號(hào)。在任何情況下，指針控制單元15a都將產(chǎn)生一個(gè)讀出指針在合適的時(shí)間指向存貯器13b的區(qū)域。
在圖4中，彩色轉(zhuǎn)盤14a在圖3的相變事件后已經(jīng)轉(zhuǎn)到一個(gè)新的位置，在下一條界線即綠—蘭界線在SLM13c前面時(shí)，正好被傳感器21檢測到。作為響應(yīng)，傳感器21向控制單元15a送出一個(gè)信號(hào)，控制單元將讀出指針移到存貯器13b的蘭色區(qū)的平面41，這樣，當(dāng)彩色轉(zhuǎn)盤14a的蘭色部分在SLM13前面時(shí)，SLM13c將獲得蘭色的數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了寫入一幀新頻道的數(shù)據(jù)及寫入使彩色轉(zhuǎn)盤提前到綠—蘭界線花費(fèi)的時(shí)間，數(shù)據(jù)的讀出過程已被延遲了一個(gè)必要的時(shí)間。
對(duì)每一個(gè)存貯平面41，寫入溢出部分45的容量至少為比特平面。這樣，分配每個(gè)存貯平面的41寫入數(shù)據(jù)的部分具有至少 比特平面的容量。這樣可以適應(yīng)最壞的情況，當(dāng)一條界線剛通過圖象顯示區(qū)，在新界線到達(dá)以前，有1/3幀的周期的等待。在這種情況下，在讀出重新開始前，寫入將繼續(xù)1/3幀的周期。
圖5說明了處理單元12更詳細(xì)的情況。處理任務(wù)由分開的兩個(gè)功能單元12a和12c來完成，場緩沖寄存器12b置于兩者的數(shù)據(jù)路徑上。場緩沖寄存器12b用來在彩色轉(zhuǎn)盤不同步期間提供圖象，并且執(zhí)行″場展開″功能。作為如上面討論的，通過對(duì)幀存貯器13b管理使彩色轉(zhuǎn)盤同步的替代方法，場緩沖寄存12b也可以按相同方式管理。當(dāng)視頻信號(hào)是交錯(cuò)信號(hào)時(shí)這個(gè)替代方法是特別有效的，因?yàn)閳鼍彌_寄存器12b在典型的情況下比幀緩沖寄存器更小和更不昂貴，而幀緩沖寄存器隨價(jià)格降低尺寸可能增大。
再次參見圖3，因調(diào)整時(shí)標(biāo)周期，期間垂直同步信號(hào)被沖斷，彩色轉(zhuǎn)盤14a的位置假定出現(xiàn)短暫的不連續(xù)。在實(shí)踐中，彩色轉(zhuǎn)盤14a的馬達(dá)15a的一種驅(qū)動(dòng)方式是借用垂直同步信號(hào)。這樣，相變事件將導(dǎo)致一個(gè)瞬變過程，在此時(shí)間內(nèi)馬達(dá)15a將大去驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且在此以后馬達(dá)15a必須與垂直同步信號(hào)重新同步。在此時(shí)間內(nèi)，顯示圖象可能被破壞，或使用其它方式驅(qū)動(dòng)情況下出現(xiàn)顯示空白。
圖6說明馬達(dá)控制單位15b，它從水平同步信號(hào)中產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如將在下面說明的那樣在相變期間就減小的彩色轉(zhuǎn)盤14a位置的瞬態(tài)效應(yīng)，同時(shí)可以增大對(duì)彩色轉(zhuǎn)盤相應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍。
雖然，這里描述的馬達(dá)控制單元15b是使用一個(gè)以SLM為基礎(chǔ)的投射系統(tǒng)10，但是任何其它類型的接收水平同步信號(hào)和采用彩色轉(zhuǎn)盤的視頻顯示系統(tǒng)也可以使用。例如，馬達(dá)控制單元15b可以是一種光柵掃描顯示系統(tǒng)。
馬達(dá)控制單元具有一個(gè)振蕩器61，它接收水平同步信號(hào)。在本說明書中，水平同步信號(hào)是每幀525行的信號(hào)。如以下說明的，振蕩器61用預(yù)定的倍頻因子乘以信號(hào)，以使幾進(jìn)位制計(jì)數(shù)器65產(chǎn)生一列方波。在本例中，振蕩器61在水平同步信號(hào)頻率的頻率下工作，以產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)。典型情況下，振蕩器61是一個(gè)電壓調(diào)制的振蕩器，以提供一個(gè)脈沖輸出。
n進(jìn)制計(jì)數(shù)器65接收從振蕩器61來的脈沖信號(hào)，并用每幀的行數(shù)除收到的信號(hào)，在本說明書的例子中n＝225。結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)頻率等于垂直同步信號(hào)和振蕩器61的頻率因子乘積的″幀脈沖″信號(hào)。
然后，第二n進(jìn)制計(jì)數(shù)器65用某些預(yù)定的分頻因子除該信號(hào)，一般分頻因子是振蕩器61的倍頻因子的一半。在本例中由于倍頻因子是4，所以計(jì)數(shù)器65的n值為2。產(chǎn)生的方波是對(duì)稱的，并具有每秒60周的頻率，它同垂直同步信號(hào)每秒60周的頻率相匹配。這個(gè)方波可以被放大或作其它調(diào)整后，驅(qū)動(dòng)一個(gè)單相交流馬達(dá)16a。
雖然在圖中沒有表示出來，但控制單元60還能用來為正交相位馬達(dá)提供一對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在這種情況下，振蕩器61將具有水平同步信號(hào)8倍的頻率。計(jì)數(shù)器65可以是一個(gè)四進(jìn)制的約翰遜(Johnson)計(jì)數(shù)器，它有兩個(gè)頻率均為每秒60周的相位差為半周的輸出信號(hào)。
圖7說明盡管有如圖3那樣的頻道變化事件，但是彩色轉(zhuǎn)盤卻具有避免瞬變過程位置時(shí)的情況。圖6說明馬達(dá)控制單元15b產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS的過程。由于使用水平同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)16a，當(dāng)相變事件發(fā)生時(shí)，可以在無明顯中斷的情況下繼續(xù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這時(shí)瞬變時(shí)間被限制在行周期內(nèi)而不是在信號(hào)的幀周期內(nèi)。換言之，最大中斷只是兩個(gè)水平脈沖之間的時(shí)間周期，對(duì)于一個(gè)具有525行的幀來說，中斷在64微秒的量級(jí)上。
馬達(dá)控制單元15b的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有使彩色轉(zhuǎn)盤14a與垂直同步信號(hào)重新同步的能力。重新參見圖3，在相變事件后，一般來說彩色轉(zhuǎn)盤14a與垂直同步信號(hào)是不同相的。在寫入指針是由垂直同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中，可能有這樣的情況，其中讀出指針處于當(dāng)前被顯示的幀的結(jié)束處，而寫入指針在下一幀的起始處。這導(dǎo)致存貯空間的最多使用。然而，當(dāng)彩色轉(zhuǎn)盤14a的相位能夠同垂直同步信號(hào)的相位逐漸的匹配，讀出指針和寫入指針就能被較緊密的組織在一起。這是通過對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的周期作少量變動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，例如通過逐漸增加或減小計(jì)數(shù)器65的n值，直到獲得希望的相位關(guān)系。為優(yōu)化存貯器的使用，可維持這樣的狀態(tài)，將讀出指針放在適當(dāng)位置以便存貯器13b的每一個(gè)區(qū)域在任何時(shí)候都處于豐滿的狀態(tài)。
雖然本發(fā)明是參照特殊的實(shí)施方案說明的，但不能把本說明書解釋為是對(duì)發(fā)明的限定。對(duì)熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對(duì)上述公開的實(shí)施方案作各種改進(jìn)及提出替代的實(shí)施方案將是顯而易見的。因此，可以預(yù)期所附的權(quán)利要求將復(fù)蓋落在發(fā)明真正范圍內(nèi)的所有改進(jìn)方案。
權(quán)利要求
1.一種存貯器，用于具有三維光學(xué)調(diào)制器(SLM)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的彩色轉(zhuǎn)盤，因此在SLM可獲得的數(shù)據(jù)和彩色轉(zhuǎn)盤相對(duì)SLM的位置之間存在一種彩色相位關(guān)系的視頻顯示系統(tǒng)，它包括一個(gè)對(duì)SLM要顯示的每一種顏色代表的數(shù)據(jù)具有獨(dú)立可尋址區(qū)域的存貯器，因此從被選定區(qū)域來的數(shù)據(jù)可以在一個(gè)給定的瞬間被讀出；一個(gè)指針控制單元，用來產(chǎn)生代表幀存貯器中某個(gè)地址的讀出指針，以便從該址讀出數(shù)據(jù)，同時(shí)該單元能對(duì)彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)來的指示該盤相對(duì)于SLM當(dāng)前位置的反饋信號(hào)作出響應(yīng)，決定所述的地址和讀出時(shí)間。
2.按照權(quán)利要求1的存貯器，進(jìn)一步還包括一個(gè)寫入溢出的存貯器，在所述視頻信號(hào)相變期間用來存貯數(shù)據(jù)。
3.按照權(quán)利要求1的存貯器，其中所述的存貯器是一種具有一組存貯數(shù)據(jù)比特平面的存貯平面的存貯器。
4.按照權(quán)利要求1的存貯器，其中所述的存貯器的每個(gè)區(qū)域都有交替的寫入和讀出緩沖寄存器。
5.按照權(quán)利要求1的存貯器，其中所述的指針控制單元具有產(chǎn)生寫入指針的裝置，該寫入指針代表所述存貯器中一個(gè)要寫入數(shù)據(jù)的地址。
6.一種管理視頻顯示系統(tǒng)中幀存貯器的方法，所述視頻顯示系統(tǒng)采用一個(gè)三維光學(xué)調(diào)制器(SLM)和一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的彩色轉(zhuǎn)盤，因此在SLM可獲得的數(shù)據(jù)和彩色轉(zhuǎn)盤相對(duì)于SLM的位置之間存在一種彩色相位關(guān)系，該方法包括下述步驟在一個(gè)存貯器中存貯數(shù)據(jù)；檢測所述彩色轉(zhuǎn)盤的一條彩色界線相對(duì)于SLM的位置；產(chǎn)生一個(gè)讀出指針，以便代表所述彩色轉(zhuǎn)盤這種顏色的數(shù)據(jù)，在所述彩色轉(zhuǎn)盤的所述顏色區(qū)在所述SLM前面時(shí)，跟隨所述彩色界線到來而被從存貯器中讀出。
7.按照權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步還包括在每一個(gè)所述的其他步驟過程期間，都以恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)所述的彩色轉(zhuǎn)盤。
8.按照權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步還包括延遲從所述的存貯器中讀出數(shù)據(jù)給所述的SLM的步驟，直到所述彩色轉(zhuǎn)盤的一條已知彩色界線處于一個(gè)已知的位置。
9.按照權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步還包括在所述的延遲讀出的步驟中，向所述存貯器寫入數(shù)據(jù)的步驟。
10.按照權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步還包括采用一種視頻信號(hào)的水平同步信號(hào)來產(chǎn)生用于所述的彩色轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟。
11.一種彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)控制單元，用于采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤從具有水平同步信號(hào)和垂直同步信號(hào)的視頻信號(hào)中顯示多幀彩色圖象的顯示系統(tǒng)，它包括一個(gè)振蕩器，用于接收水平同步信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)頻率為所述水平同步信號(hào)和一個(gè)頻率因子乘積的第一脈沖信號(hào)；一個(gè)n進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用于接收從所述振蕩器來的第一脈沖信號(hào)，并用一個(gè)等于每幀行數(shù)的值來除所述的交錯(cuò)信號(hào)，以便產(chǎn)生一個(gè)幀脈沖信號(hào)；第二個(gè)n進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用于接收所述的幀脈沖信號(hào)，并用預(yù)定的分頻因子除所述的幀脈沖信號(hào)，以便產(chǎn)生一個(gè)周期與所述的垂直周期信號(hào)相等的方波信號(hào)。
12.按照權(quán)利要求11的馬達(dá)控制單元，其中所述的振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率為所述的水平同步信號(hào)頻率四倍的所述的第一脈沖信號(hào)，并且其中所述的第二n進(jìn)制計(jì)數(shù)器用2除所述的幀脈沖信號(hào)。
13.按照權(quán)利要求11的馬達(dá)控制單元，其中所述的振蕩器是一個(gè)電壓控制的振蕩器。
14.按照權(quán)利要求11的馬達(dá)控制單元，進(jìn)一步還包括將所述方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)用來驅(qū)動(dòng)相位馬達(dá)的不同相信號(hào)的裝置。
15.按照權(quán)利要求11的馬達(dá)控制單元，其中所述的第二n進(jìn)制計(jì)數(shù)器是一種用來提供兩個(gè)方波信號(hào)的約翰遜(Johnason)計(jì)數(shù)器。
16.按照權(quán)利要求11的馬達(dá)控制單元，其中所述的第一n進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以被改變成多于一個(gè)n值的情況下運(yùn)行的計(jì)數(shù)器。
17.一種為用于顯示系統(tǒng)的彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方法，所述的顯示系統(tǒng)用一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的彩色轉(zhuǎn)盤，從具有水平同步信號(hào)和垂直同步信號(hào)的視頻信號(hào)中顯示多幀彩色圖象，這種方法包括下列步驟將水平同步信號(hào)變換成頻率為所述水平同步信號(hào)和一個(gè)頻率擴(kuò)大因子乘積的第一脈沖信號(hào)；用一個(gè)等于每幀行數(shù)的值為除所述的第一脈沖信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)幀脈沖信號(hào)；用一個(gè)預(yù)定的分頻因子除所述的幀脈沖信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)周期等于垂直同步信號(hào)的方波信號(hào)；用從所述方波信號(hào)中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)。
18.按照權(quán)利要求17的方法，其中所述的頻率擴(kuò)大因子是4，所述的分頻因子是2。
19.按照權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步還包括將所述的方波信號(hào)分成兩個(gè)不同相方波信號(hào)的步驟。
20.按照權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步還包括改變所述的第一n進(jìn)制計(jì)數(shù)器的分頻因子的值，以改變所述的方波相位的步驟。
21.按照權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步還包括重復(fù)所述的改變所述分頻因子值的步驟，以便在所述方波和垂直同步信號(hào)之間逐漸獲得一種符合期望的相位關(guān)系。
全文摘要
一種以SLM為基礎(chǔ)的投射顯示系統(tǒng)(10)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和處理后傳送給三維光學(xué)調(diào)制器(SLM)(13C)，并采用一個(gè)彩色轉(zhuǎn)盤(14a)對(duì)SLM產(chǎn)生的圖象作彩色處理。幀存貯器(13b)為SLM(13c)提供數(shù)據(jù)，通過對(duì)其管理，在進(jìn)入的視頻信號(hào)相位變化時(shí)，可以使彩色轉(zhuǎn)盤位置和SLM(13c)可以獲得的數(shù)據(jù)之間仍保持希望的相位關(guān)系。系統(tǒng)的馬達(dá)控制單元(15a)使用一種水平同步信號(hào)產(chǎn)生彩色轉(zhuǎn)盤馬達(dá)(16a)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它可以限制相變事件中瞬態(tài)時(shí)間并還提供一種調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位的手段。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1124900SQ94116150
公開日1996年6月19日 申請(qǐng)日期1994年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月19日
發(fā)明者唐納德B·多爾蒂, 理查德C·邁耶, 斯蒂芬W·馬歇爾, 杰弗里B·桑普塞爾, 羅伯特J·戈夫 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司