TWI278715B - Projection of pixelized color images - Google Patents

Description

1278715 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 發明領域 [0001]本發明大體上係與影像產生技術有關聯，更明確地 說’其係與一具有一干涉儀調製器和一反射光調製器的顯 示裝置有關。 【先前技術】 發明背景 [0002]在本技藝中已知有各種不同類型的數位投影器。一 10敫所使用的類型係為兩向色性光學元件、三個光調製器晶 片以及複合光學元件之組合。該兩向色性光學元件會將光 分成原始彩色光束，因而每個光束都可以被三個光調製器 晶片之一者調製。在調製之後，該等光束會於被顯示在一 顯示表面上之前被再次結合。提供三個光調製器晶片將會 15增加這種類型的投影器之尺寸和成本。

20 [0003]在一替代例中’LCD曰曰曰片或面板的使用可以是多少 較為經濟的。然而，液晶面板需要將光偏極化。將光偏極 化雖然會減少輸出強度，但是會增加偏極化的成本。 [0004]另外-種類型的投影器會利用_次序產生的色彩之 組合，例如將—白色光源通過—旋轉的彩色濾波輪與一微 反射鏡陣列。使用次序色彩組合方式會導致顯著部分的潜 在色飽和度喪失與例如色彩分離之可見的缺失。諸如旋轉 式分色輪的設計可以部份地解結這些問題Μ其會增加系 統的複雜性以及難以計時與組合上之問題 5 1278715 【發明内容】 發明摘要 _ [00〇5]依照本發明的原理，在一具體例中，一投影系統會在 ' ~顯示表面上投射一經像素化彩色圖像。該投影系統包含 • 5 —光源、一干涉儀調製器以及一反射的光調製器。該干涉 儀調製器係被配置以調製光的波長並將經調製的光向該顯 示表面反射。該反射光調製器係被設置以自該光源接收 Φ 光，並選擇性地反射在干涉儀調製器和顯示表面之間的光。 Φ 圖式簡要說明 [0006]第1圖疋例示說明本發明投影系統的一具體例的 • 方塊圖。 • 帛2·4 ®例示說明在第1圖中所顯示的該反射光 調製器的運作。 [0008] f 5圖疋一例示說明用於在一顯示表面上投射經 15像素化之彩色圖像之本發明的方法之一具體例的流程圖。 • [〇°°9]帛6圖是產生依照本發明的-具體例的-種顏色 • 之典型的操作時程圖。 【實施方式】 發明詳述 . 2〇 [⑼1〇]弟1圖例示說明一 顯示表面4上之投影系統 用於將像素化彩色圖像投影在 2的具體例。投影系統2包含 有光源6、反射光調製器或反射式調製器陣列8、彩色調 製器或彩色調製器陣列】〇、氺 干力川、先阱I4、影像處理裝置16與 顯示光學元件18。在_呈娜办丨士 θ 具肢例中，顯示光學元件18包含 6 1278715 杈〜光子兀件12和顯不表面4。第1圖並未例示說明例 如積分棒、均化器、中繼光學元件料之各種不同的光學 元件’其等係特別地依據本發明所使用的特定投影系統而 施用 5 [0011]在述本發日月時，許多不同的術語係被用來反映複 雜的觀念。例示來說’”顏色”這個術語在應用於一光的光 束或像素、光點時，係指該光束或像素之特定的頻譜分佈， 其可具有超過本揭示内容相同的意義。舉例而言，紅色可 能代表-高度單色的紅色光束，或者其可以代表一具有位 1〇 在紅色附近頻譜高峰之光譜分佈。 [0012]光源6係為適合用於投影系統2的任何光源。此 種適當的光源6的具體例係為超高壓水銀燈。此外，本發 明的優點之一是光源6之較低程度的需求。結果，氙和 電漿燈泡也是適合作為光源6的具體例。 15 [0013]色彩調製器陣列10係為任何被架構以調製光的波 長並將經調製的光朝向顯示表面4反射之裝置或系統。在 一具體例中，色彩調製器10係被配設置以產生一相對於 波長分布之強度值，以在大約為單一波長處形成一高缘。 在另一個具體例中，彩色調製器10係被架構以藉由吸收 20 大部分的吸入光，來改變吸入光的光譜分佈。 [0014]在一個具體例中，色彩調製器10係為一調製射入光 之光譜分佈，以因應一施加電壓訊號而產生一輸出声員色之 以干涉作用為基礎的調製器或是一干涉儀調製器。藉著這 種方式’干涉儀調製器10會選定一種被傳送到顯示表面 7 1278715 4二顏色或頻譜分佈。在-干涉儀調製器情況中，彩色調 ^ 〇也已知可以是一 Fabry Perot式光處理裝置。 [〇〇15]在一具體例中，彩色調製器陣列10係為-種包括 5有晶胞或彩色像素單位之陣列。每個彩色像素單位都具有 妾聲白光並輸出一具有特定波長分布之光的能力，該光係 2據色彩調製器10的設計而在例如綠色、藍、藍綠色、 汽色紅备、色、紫色或其他顏色之特定波長附近具有一色 彩頻譜分佈。 [0016] 在一具體例中，每個晶胞都包含一光學空腔，其之 10與該等晶胞的陣列一致之尺寸，會對橫越該有助於界定該 空腔之相對電極板而施加的電壓而反應。這一點可以藉著 控制橫越該等相對電極板之間的電壓或藉著控制注入該等 相對電極板中之一或兩者之電荷而達成。 [0017] 白光會射在每個晶胞上。光學元件干涉的結果，使 15得每個晶胞均反射出在一特定波長附近具有高峰之相對於 波長分布的強度值。因此，每個晶胞的輸出係為一電壓或 電荷選定之尖峰波長。該光然後從晶胞反射顯示光學元件 18及/或顯示表面4上。 [0018] 在一典型的具體例中，每個晶胞也具有一黑色位置 20 (其係為一輸入電壓或電荷的結果），其中少量或幾乎沒有光 係自該晶胞反射。這可以被稱為光調製器元件之黑色狀況。 [〇〇 19]反射光调製|§ 8係為任何適於選擇性地反射在投 影系統2中之的裝置。反射光調製器8係被設置以從光 源6接收光並選擇性地朝向彩色調製器ι〇與顯示表面 8 787.15 4反射光。反射光調製哭 4 表°。8也可以具有與彩色調製器10 相同的解析力或不同的解 析力。·一適當的反射光調製器8 ^體例係為—數位微反射鏡裝置，其亦被稱為-數位反 見义置（DMD)或—數位光處理器（DLP)晶片。 5 [0020]在一具體例中，反射弁1^ e ^ 々 汉射先调製器8包含一反射表面 (第2 4圖）或反射鏡元件2()之陣列。每個反射鏡元 :2〇_均被設置以界^光通過投影系統2之至少二個可 匕路^在—第一光控中，光會從反射鏡元件通道顯 10 示光學元件18而不通彩色調製器1〇。在一第二光徑中， 光在傳送至顯示光學元件二 千18之W係由彩色調製器10所 調製。 [0〇21]為了易於討論，右太 了，在本揭不内容中光係被稱為從一元 件’’通過’’至另外一元件 1干邊如中繼光學元件、均化器或 積分光學元件以及偏極化#_ 15 化先予70件之干涉光學元件的討論 係被省略，因為這此干渉弁A — 卞V九學兀件係在此記憶中為人所熟 知的。 [0022]投影光學元件12合 曰自调製器8和10接收經調 製的光，並將該光在顯示表 ^ ^ —上成像。在一投射式前方 投影糸統具體例中，投射杏鬼_ 20 一 Τ 4又射先學疋件10包含”長投射，，光 學元件’以及包含有一係膏Ρ双 ^ 乐貝除上與投影系統2分離的投影 螢幕或其他表面之鞀元本A / ”、、丁表面4。在另一個後側投影電視 (RPTV)具體例中，投麥亦與一 v光予凡件1〇包含”短投射”光 學元件，以及包含一對於招·寻彡备^ 丁'才又〜乐統2而言是必備之螢幕的 顯示表面4。 9 1278715 [0023]光阱14是被架構以接收從反射光調製器8反射 之光的任何I置或系統，並避免其可以而在顯示表面4上 被看見或是影響投影系統2之適當運作/或藉由投影系統 2幵y成衫像。本發明的具體例之光阱μ中，反射光調製 5器8係被進一步設置以朝向級14選擇性地反射。 &像處理裝置16係為被架構以接受影像或圖像訊 唬或疋此一者之硬體和可執行程式碼的任何組合，並產生 用於凋製态8和10之適當的控制訊號以適當地調製來 10 自㈣6的光束。影像處理裝置16可以包含例如將該輸 貝口孔轉換為例如紅色、綠色和藍& (R、g、&對應色的 Z應值之對應轉換裝置的裝置，以及在將該資訊傳送給調 製器8和10之前將製存於緩衝區的裝置。 [0025] 弟 2-4 圖例千 ％ tm j不5兒明早一反射鏡元件20或反射式 15 像素讀20的運作之典型具體例。其他未被例示說明的 具體例但是可被習於此藝者所預知者也是可行。一般認為 反射光凋製态8將包含此種反射鏡元件2〇陣列。在第 圖中所顯不的物件之位置和相對尺寸與形狀係被簡化 以更清楚例示說明本發明。舉例來說’反射鏡元件2〇可 20 以包含例如一覆蓋有反射結構之單獨的座圈與鉸鏈結構， 產生冑層紹象。此種結構的複雜性的討論係被省略， 因為其並未例示說明本發明之特徵。 [0026] 在一具體例中， 相^ 丨反射釦兀件2〇包含-底部基材和 相關疋位電子元件的组合。在—典型的具體例中，定址電 子-件允許反射鏡元件20具有三個位置⑴—中間的、 10 1278715 靜置或未鎖止位置，其中該反射鏡元件2〇的表面係實質 上與一在該反射鏡元件底部之基材表面平行；一第一門 鎖或偏斜位置，其中該反射鏡元件2〇係靜電地且以一角 度偏斜至-第-側邊；或⑺―第二閃鎖或偏斜位置，其 5中該反射鏡元件20係靜電地且以一角度偏斜至一與該第 一側邊相對之第二側邊。在另一個具體例中，該定址電子 元件允許反射鏡元件20具有二個位置或任何所需數目的 位置。 [〇〇27]在第2圖中所描述的是位在一第一偏斜位置中之 1〇 一單一反射鏡元件20,以使得反射鏡元件2〇會將光由光 源6通向該顯示光學元件18，而沒有之間色彩調製現 象。避免色彩調製會減少光的吸收耗損並在色彩調製器1〇 裡產生較少的熱。在色彩調製器10裡產生較少的熱會減 少色彩調製器10内的冷卻需求。 15 [〇〇28]減少光的吸收耗損可允許更多光被傳送至顯示光學 元件18。反射鏡元件20係位在該第一偏斜位置的結果， 使得在顯示表面4上出現一亮白像素元素。 [0029] 此外，因為此種光可以避免彩色光調製作用，彩色 调製器10將會有較少的需調製之光。提供需色彩調製器 20 1〇調製之較少的光，結果使得需被色彩調製器10所處理 的資料位元數目減少。所減少的資料位元數目允許色彩調 製為10具有一較低的資料傳送速率需求。 [0030] 在第3圖描述一位在中間位置之單一反射鏡元件 20 ’其中該反射鏡元件20係實質上與在底部的基材平 11 1278715 行。在這個位置中，來自反射鏡元件2〇的光係被傳送至 一或更多的色彩調製器之像素元件陣列1Q。 [0031]在第4圖中描述一位在第二偏斜位置的一單一反 射鏡元件20。在這個位置，來自反射鏡元件2〇的光會傳 5至光拼14。在另一個投影系統2的具體例中，該第二偏 斜位置係被用來將光從光源6通向色彩調製器陣列1〇 的-或更多像素單位。在此一另—個具體例中，該反射鏡 陣列的中間位置可被用來將光導至火阱14 。 15 [_]再次參照第Μ圖’來自光源6的光束係被反射 10光調製器8分為較小的光束。每個較小的光束在於顯示表 面4上界定-像素之前都會沿著二個光徑之一者。在第一 光徑的情況中，較小光束係從反射光調製器8經過顯示表 面4而不會經過色彩調製器1〇的色彩調製作用，因而在 顯示表面4上產生—具有實f上與光源6相同的光譜分 佈或顏色之像素。在第二光徑的情況中，較小 光調製器8通過色彩調製器1〇然後通到顯示表面4,而 在顯示表面4上形成一具有依照傳送至色彩調製器10 之控制信號的顏色或光譜分佈之像素。 20 [_]每個較小光束所選定的路㈣依據在顯示表面4 上之像素所需要的顏色而決定。如果一像素需要為白色或 實質上為光源6的顏色，-光束將傳送至反射光調製器 8’其係在其沿著第-個光徑而偏斜至顯示表面4,而不經 過色彩調製器H)的色彩調製作用。所產生之像素的顏色 12 1278715 係未經调製而因此係實質 色像素。 上為顯示在顯示表面 4上之白 [0034]如果一像素需要有一 與光源 會傳送至反射光調製器8, 5彩調製器1 〇。色彩調製器 並將光偏斜至顯示表面4。 不同的顏色的話’光 其係在其偏斜至顯示表面4色 10會調製光的顏色或頻譜分佈 []士 I I素需要是黑色的，_光束將會傳送至反射

光調製器8,其係在其偏斜至光牌14。這可以避免光到達 顯示表面4，而產生一里&主f …、色像素。如果該色彩調製器10具 1〇 有一黑色狀態，里多後夺> 丨、丨#丄 …、巴像素也可以糟由將其等偏斜至色彩調 製器ίο上而產生。 []第5圖係為一代表本發明的一具體例的代表性步 驟的流程圖。雖然在第5圖中所表示的該等步驟係具有-特疋的人序，本發明係包含在該等步驟次序上的變化。此 15外，額外的步驟可以在第5圖中所例示說明的步驟之間進 ，行，而不會背離本發明的範圍。 • [°〇37]光會被產生22。在一具體例中，光係由光源6所 產生22。在另一個具體例中，光係在其他地方產生22並 以光纖管傳送至投影系統2内。 20 [0038]在-具體例中，經像素化彩色圖像的每個像素都被 鑑認出一該反射光調製器8係被設置以將該光朝向干涉 儀調製器10與顯示表面4反射之時序訊號。 [0039]在一具體例中，所產生光係被選擇性地朝向干涉儀 的調製器10或顯示表面4反射或通過26。在另一個具 13 1278715 體例中’所產生的光係被選擇性地朝向干涉儀調製器ι〇、 顯不表面4或錢14反射26。該干涉儀調製器⑺會 調製28光的波長’並將該經調製的光朝向顯示表面4反 所聚焦 射。在1體例中，該朝向顯示表面4之經反射的光係在 被傳給送顯示表面4之前，被投影光學元件 30 〇

陣〇]再次參照第i圖，影像處理裝置16會接收界定一 影像、連續影像或是影像順序之訊息。影像處理裝置會 處理該訊息，然後適當地控制包括有調製器8和10之各 10種不同元件，以在顯示表面4上產生影像 是影像順序。 連續的影像或 [004U該輸人的訊號可以是包括s々idec)、pAL訊號（歐 洲的影音標準）或是NTSC訊號（美國在某些時期的電視 影音標準）。進行投影系統2的控制電子訊號之輸入係有 15許多的方法，而在下述中僅係為一具體例。 [0042]為了簡化討論，光源6係被視為一具有充份之平衡 的白色光源。如果其不是具有充份之平衡的白色光源，其 將可以藉著指定用於彩色校正之部分的影像幀週期而利用 彩色光調製器1 〇來進行校正。 20 [0043]影像處理裝置6包含一對應轉換裝置，其會將所接 收之訊息轉換成可以被影像處理裝置丨6的影像幀緩衝區 所使用之訊息。舉例來說，該輸入資訊可被一影像幀接著 一影像幀地轉換為紅色、綠色和藍色（RGB)對應色的對應 14 1278715 值。對每個錄影帶$ 一 〜象幀而言，每個像素都會有需被顯示 在顯示表面4上的RGB的陣列數值。 5 10 15 20 陶]就每個像素位置而言，r、^b單位可被分別地 表不成价、％和灿，其中阶是將被顯示的紅色單位、 心是綠色的單位，而N…色的單位。進—步來說，

Nr、Ng Nb係為在_特定的影像賴期間該像素位置的 紅色、綠色和藍色單元之強度的標準化數值。 [_5]為了要提供調製器8和ι〇的控制信號，必須要分 離出:界定出如上所述之略過色彩調製器之第一光徑的純 白光唬。此點可以依據下列的方式來計算： _6]NW ="白色單位"= Νγ,和讥的最小值。這 個數值會界定該第—光徑於該影像中貞期間像素之時間週 期。以另-種方式來說，其會界定白光係被導向該像素位 置之影像幀部分。 _7]在其餘的影耗週期時，該光之非白光部分可以利用 ^ 第二光徑來產生。這—部份係由減去白色單位之係數而 δ十鼻出來。 陶]Nr_Nw、Ng_Nw和则彻係分別地等於將利用色 彩調製器1〇所產生之卜〇和6單位。這些單位在此 之後將被稱為該等，，其餘的”彩色單位。 陶]多數實際上的白色光源並非完全地平衡的。舉例來 祝’超高塵汞（腑Hg)光源係傾向於某種種度的紅光不 足。至於’’實質上白色的’’光源包含有係為光譜地平衡或 是例如贿Hg光源之帶有某些缺失之光源。影像處理單 15 1278715 元16可以包含一，，查詢表格”之校正因數，以校正一不 完全地平衡的寬頻光譜或一實質白色光源。或者，例如紅 色發光二極體之額外的光源可被用來補充光源的不足。 [0050]在第6圖中所例示說明一單一像素在影像顯示表 面4上於一影像巾貞週期T產生一彩色訊號的典型操作流 程圖。調製器8，1G係以合作的方式來運作以適當的產生 像素。

10 [0051]如上所討論的，該白色單位Nw係藉由如上所述之 影像處理單元16所計算。這會界定出，，路徑1"或，,p 1”時槽’如帛6圖所示，其係指該第一光經係被使用的 時間週期。就例如在夜間天空中非常明亮的星星之最大白 光強度而言’ P1可以幾乎延伸整個影像巾貞㈣^需注意 為了減少視覺錯誤和_，路徑〗的時間週期可以如所二 不的被分為在該影像幀週期τ間之數個時槽。 15

[觀]接著，其餘的色彩對應值健計算1些係利用在 第6 ®中被標示為”光徑2”之第二光徑所i生。再一 次，該訊號係被分散於整個影像幀週期 20 覺錯誤最小化。在減去白光值之後 的時序圖，在第6圖中係以是紅 示0 以使得閃爍及/或視 其餘5虎之此·典型 色和綠色光的總合來表 [0053]前述的說明只是本 < +〜明之例不，兄明。習於此藝者可 以在不背離本發明下產峰 生各種不同的替代例和修改。因 此，本發明包含了落在P、杳 付的申鮰專利範圍之範圍内之所 有的此種替代例、修改與變化。 16 1278715 【圖式簡單說明】 第1圖是例示說明本發明投影系統的一具體例的方 塊圖。 第2-4圖例示說明在第1.圖中所顯示的該反射光調 5 製器的運作。 第5圖是一例示說明用於在一顯示表面上投射經像 素化之彩色圖像之本發明的方法之一具體例的流程圖。

第6圖是產生依照本發明的一具體例的一種顏色之 典型的操作時程圖。 10【主要元件符號說明】 2 投影系統 18顯示光學元件 4 顯示表面 20 反射表面 6 光源 8 反射光調製器 10 色彩調製器 12投影光學元件 14光阱 16影像處理裝置 22產生光 2 4 鑑認光被反射至每各位置 的時序 26選擇性地反射光 28調製光的波長 30聚焦反射光 17

Claims (1)

1278715 十、申請專利範圍： 1 · 一種用於將經像素化的彩色圖像投影在一顯示表面上 之投影系統，該投影系統包含有： 一光源； 色彩凋製為'，其係被架構以調製光的光譜分佈 光並將經調製的光傳至該顯示表面；以及 反射光調製器，其係被設置以從光源接收光並 選擇性地將光反射至一包含該色彩調製器之第一光徑 内’以及一會略過該色彩調製器之第二光經内。 10 2·州青專利範圍^項的投影系統，其中該反射光調 製的包g有一反射鏡元件陣列，每個反射鏡元件都具 有一第一偏斜位置，其中光會從該反射鏡元件通到該 顯示表面以在該顯示表面上形成一實質上為白色的像 素。

3.如申請專利範圍第1項的投影系統，其中該投影系統 會界疋位在該反射光調製器·和顯示表面之間的二個光 徑，其包括第一和第二光徑且其中該第一光徑會將光 從该反射光調製器傳送到該顯示表面而略過該色彩調 製器。 4·如申請專利範圍第1項的投影系統，其進一步包括有 一光阱且其中該反射光調製器係被進一步架構以選擇 性地將該光朝向該光阱反射。 5· 一種用於將經像素化彩色圖像投射在一顯示表面上的 方法，該方法包含有： 18 I2787l5 產生光， 選擇性將該所產生的光通過一干涉儀調製器與該 顯示表面之間， 5 該干涉儀調製器會調製該光的波長，並將該經調 製的光通過朝向該顯示表面而通過。 6· Μ請專利範圍第5項的方法，其進—步包括將朝向 该之的光聚焦的步驟。 7·如申請專利範圍第5項的方法，其進一步包括識別每 ι〇 她像素化彩色圖像的每個像素之該反射光調製器係 被义位，以冑肖光朝向該干涉儀調製器與朝向該顯示 表面而通過之時序。 8· -種用於在顯示表面上產生彩色圖像之投影系統，該 投影系統包含有： -色彩調製器，其包括有_彩色像素單位陣列； 15 一光源； 顯示光學元件；與 一反射光調製器，其係被設置以從該光源接收 光，S亥反射光調製器具有一反射鏡元件陣列，其中每 個反射鏡元件都會敎至少二個光徑，其包括—其中 會將經反射的光從該反射鏡元件傳送_顯示光學元 件而略過該色彩調製器之第—光徑，以及一其中會將 經反射的光在抵達顯示光學元件之前從該光源傳送到 該色彩調製器之第二光徑。 19 1278715 •:申請專利範圍第8項的投影系統’其中該色彩調製 盗係為一被架構以改變在每個彩色像素單位 = 佈的干涉儀調製器（10)。 1〇.如申請專利範圍帛8項的投影系、統，其進一步包含有 ~影像處理單元，該影像處理單元係被架構以決定光

^ Λ質上為白色的單位，並利用該第一光徑來產生 實質上為白色的光單位。

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