CN101490736A - 用于减少各彩色像素之间的伪色的彩色显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型控制方案和系统配置，以减少通常在场序制彩色显示系统中遇到的虹彩效应。通过利用多个显示器件系统同时控制R、G、B色彩，来提供更高质量的彩色显示并减少虹彩效应。因此，多个显示器件系统具有与一帧时段中的虹彩效应大致相同的现象。本发明的代表器件是由脉宽调制控制或时分序列控制的可变形的反射镜器件。一种色彩的亮度通过一个帧中调制空间光调制器元件的总时间量来确定。每种色光在每个色彩空间光调制器元件中按不同时间长度来调制。通过调制在R、G和B色彩之间的不同时间长度来减少伪色。

Description

用于减少各彩色像素之间的伪色的彩色显示系统

本申请是2006年7月12日提交的临时申请60/830,263的非临时申请。临时申请60/830,263是2005年5月3日提交的未决美国专利申请11/121,543的部分继续(CIP)申请。申请11/121,543是三个在先提交的申请的部分继续(CIP)申请。这三个申请是由本专利申请的申请人于2003年11月1日提交的10/698,620、于2003年11月1日提交的10/699,140以及于2003年11月1日提交的10/699,143。在此通过引用将这些专利申请的公开内容并入本专利申请中。

技术领域

本发明涉及图像显示系统。更具体来说，本发明涉及具有被特殊配置并控制的空间光调制器或光源的显示系统，用于利用色序制显示技术来减少伪色在彩色显示器中所引起的虹彩效应。

背景技术

尽管近几年来在使用机电微反射镜器件作为空间光调制器的技术上已有了重要进步，但当采用机电微反射镜器件来提供高质量图像显示时仍存在限制和困难。具体来说，应用色序制显示系统来投射显示图像，图像具有不希望的“虹彩”效应。特别是，HDTV格式的显示系统变得普及并且屏幕上的图像尺寸变得越来越大，例如对角线尺寸超过100＂。当规范是100＂大小的图像包括1920×1080个像素时，屏幕上的像素尺寸大于1mm。类似的是，对于50＂大小的图像和XGA像素，像素尺寸是1mm。投射光学系统的放大倍率是50到130。观察者能够看到屏幕上的每个像素，因此，显示系统需要由以超过10位到16位的长度来表示灰度级的字所控制的大量灰度级，并且虹彩效应也必须被有效地消除，以提供高质量的显示系统。此外，当显示图像是被数字控制时，图像质量由于图像没有以充足的灰度级显示而受到不良影响。

因为其作为空间光调制器(SLM)的应用，机电微反射镜器件已经引起了相当大的兴趣。空间光调制器要求相对大量的微反射镜器件阵列。总体上，每个SLM要求的器件的数量从60,000到数百万。参照图1A，相关的美国专利5,214,420中公开的一种数字视频系统1，包括显示屏幕2。光源10用于产生显示屏幕2的基本照明的光能量。产生的光9由反射镜11进一步汇聚并导向透镜12。透镜12、13以及14形成光束柱化器(beam columnator)以用于将光9聚焦为光柱8。空间光调制器15由计算机通过经由数据线18发送的数据来控制，以有选择地将来自路径7的光的一部分重导向透镜5从而显示在屏幕2。SLM 15具有包括可切换反射元件阵列的表面16，所述反射元件例如为微反射镜器件32，诸如作为附接到铰接件30的反射元件的元件17、27、37以及47(如图1B所示)。当元件17处于一个位置时，来自路径7的光的一部分沿着路径6被重引向透镜5，在此沿着路径4被放大或扩展以照射到显示屏幕2上，从而形成被照亮的像素3。当元件17处于另一位置时，光不被重引向显示屏幕2，因此像素3将是暗的。

如专利5,214,420以及大多数传统显示系统所实施的那样，微反射镜的开关状态的控制方案使显示质量受到限制。具体来说，当应用控制电路的传统配置时受到如下限制，即传统系统的灰度级(开和关状态之间的PWM)受LSB(最低有效位，或最小脉冲宽度)限制。由于传统系统中实现的开关状态，没有办法提供比LSB更短的脉冲宽度。用于确定灰度级的最小可控亮度调节量是在最小脉冲宽度中反射的光。受限制的灰度级导致图像显示劣化。

具体来说，在图1C中，即根据专利5,285,407的微反射镜的现有技术控制电路的例示性电路图，控制电路包括存储单元32。各种晶体管被标记为“M^*”，其中*代表晶体管号码并且每个晶体管都是绝缘栅场效应晶体管。晶体管M5和M7是p沟道晶体管；晶体管M6、M8以及M9是n沟道晶体管。电容器C1和C2表示给予存储单元32的电容性负载。存储单元32包括存取开关晶体管M9和锁存器32a，它们是静态随机存取存储器(SDRM)设计的基础。一行中的全部存取晶体管M9接收来自不同位线31a的DATA信号。利用作为字线的ROW信号，通过导通适当的行选择晶体管M9来对要被写入的具体存储单元32进行存取。由两个交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8形成锁存器32a，其允许两个稳定状态。状态1是节点A高而节点B低，而状态2是节点A低而节点B高。

如所例示的那样，通过控制电路进行的双状态切换，将微反射镜控制为处于如图1A所示的开(ON)或者关(OFF)的角向。亮度，即数字控制图像系统的显示的灰度级是由微反射镜停留在ON位置的时间的长度决定的。微反射镜被控制为处于ON位置的时间长度是由多位字依次控制的。为了便于例示，图1D示出当由四位字控制时的“二进制时间间隔”。如图1D所示，持续时间具有相对值1、2、4、8，顺次定义针对其中1是最低有效位而8是最高有效位的4位中的每位的相对亮度。根据所示的控制机制，用于示出不同亮度的灰度级之间的最小可控差异是由将微反射镜保持在ON位置时的“最低有效位”所代表的亮度。

当相邻图像像素因粗尺度的可控灰度级，而按照差别程度较大的灰度级显示时，在这些相邻的图像像素之间显示出伪影。这将引起图像劣化。当相邻图像像素之间存在“更大的差距”的灰度级时，图像劣化在显示的亮区域中特别显著。在女模特的图像中观察到在前额上、鼻子的侧面以及上臂上显示出伪影。伪影是因数字控制的显示不能提供充分的灰度级这一技术限制而产生的。在显示的亮点处，例如前额、鼻子的侧面以及上臂，相邻的像素显示时具有可见的光强度差距。

当微反射镜被控制为处于完全ON以及完全OFF位置时，光强度由微反射镜处于完全ON位置的时间长度决定。为了增加显示的灰度级的数量，必须增加微反射镜的速度，使得数字控制信号能够增加到更多的位数。

然而，当微反射镜的速度增加时，微反射镜需要强壮的铰接件以在设计的运行寿命中支持所要求的运转循环次数。为了驱动进一步增强的铰接件上所支承的微反射镜，需要更高的电压。更高的电压可能超过20伏，甚至可能是30伏。应用CMOS技术的微反射镜产品可能不适合在如此高的电压范围下工作，因此可能需要DMOS微反射镜器件。为了实现更高程度的灰度级控制，当实施DMOS时要求更复杂的生产工艺和更大的器件面积。微反射镜控制的传统模式因此面临技术挑战，即由于运行电压限制，必须牺牲灰度级精度以获得更小巧和更具成本效率的微反射镜显示。

存在很多涉及光强度控制的专利。这些专利包括美国专利5,589,852,6,232,963、6,592,227、6,648,476以及6,819,064。还存在涉及不同形状的光源的专利和专利申请。这些专利包括美国专利5,442,414、6,036,318以及申请20030147052。美国专利6,746,123公开了用于防止光损失的特殊偏振的光源。然而，这些专利和专利申请未提供用于克服由于数字控制图像显示系统中的不充分灰度级所引起的限制的有效解决方案。

此外，存在涉及空间光调制的许多专利，包括：美国专利20,25,143、2,682,010、2,681,423、4,087,810、4,292,732、4,405,209、4,454,541、4,592,628、4,615,595、4,728,185、4,767,192、4,842,396、4,907,862、5,214,420、5,287,096、5,506,597、5,489,952、6064,366、6535,319、以及6,880,936。然而，这些发明没有为本领域中普通技术人员解决并提供克服上述限制和困难的直接解决方案。

在美国6947020中由Kiser，David，K.等另外公开的内容示出多个SLM器件以及如何处理“色裂(color break)”问题。尽管三片式系统通常比相对应的场序制彩色系统提供更高的色彩质量，而且不会受到虹彩效应影响，但这种多SLM器件系统具有其缺点。

更具体来说，这些三片式光学引擎中的光路非常复杂，因此增加整个系统的复杂度和大小。另外，由于这种复杂度，传统三片式SLM器件系统的成本更高。注意，两片式系统具有场序制色彩系统和三片式系统这两者的缺点。

在美国专利6781731中Choi，Soon-cheol进一步公开了如下内容。该发明示出多个色彩光源，并且入射光从不同方向入射到反射镜阵列上。另外，在单片式类型中，因为红、绿以及蓝色光束通过以时间顺序调制来处理，由微反射镜器件使用的光束的量与3片式类型相比减少1/3。另外，因为红、绿以及蓝色光束需要连续刷新，所以色裂现象非常严重。然而，在本发明中，光量与传统单片式类型相比有所改善。即，尽管在光量上与传统技术相同，但在使用单色的情况下，白光减少1/3，所以能够获得与3片式类型相同的光量。在组合两个色彩的情况下，光量减少2/3，使得与传统单片式类型相比亮度得以改善。此外，因为在本发明中减少了刷新频率，所以能够减少色裂现象。

在Itoh，Goh等的US 6970148中进一步公开了其它内容。通过增加子场频率，能够抑制由于眼睛的跃迁运动所引起的色裂。然而，这种方法不能充分地抑制由保持效应所引起的色裂。保持效应所引起的色裂可以通过充分增加子场频率而得到减少。然而，过分增加子场频率将产生新问题。即，会增加显示装置的驱动电路的负载。如上所述，在为了防止移动图像模糊而提出的方法中，一个帧划被分为用于图像显示的子场和用于黑屏显示的子场。然而，不利的是，图像的亮度可能总体上下降或必须增加图像的最大亮度。结果，很难获得高质量的图像。此外，如果通过将一个帧划分为多个子场，来基于场序制附加混色系统对彩色图像进行显示，则可能的色裂使得很难获得高质量的图像。此外，如果增加子场频率以抑制色裂，会不利地增加驱动电路上的负载。

在Kunzman，Adam J.的美国专利6536904中进一步公开了其它内容。当眼睛运动发生在给定图像中的黑和白像素的局部区域时，色序制系统呈现出不希望的特性。对于相对慢速的运动目标，领先的边缘看起来遵从与色序中的第一种颜色相对应的色彩，而拖尾的边缘看起来具有遵从色序中最后一种颜色的色彩。在引起快速眼睛运动的场景中，产生虹彩效应其中，其中在图像的黑和白区域中出现彩色重影图像。在过去，通过色彩的更快排序；或者通过色轮的更快转动或通过将色轮滤色器分为多个R-G-B段的组来解决这种不希望的色彩分离。然而，这两种途径引入负面因素，诸如：(1)当以高速运行色轮时的听觉噪声和较低的机械稳定度，(2)当增加滤色段时由于附加的色轮辐条而减少的效率(亮度损失)以及(3)更高的成本和(4)增加的瞬时伪影(脉宽调制噪声)。

因此，在采用微反射镜阵列作为空间光调制器进行数字控制的显示系统的领域中仍存在如下需求，即提供能够解决上述困难的新型的改进系统。

发明内容

本发明涉及一种显示系统，该显示系统可被实施为通过脉宽调制控制或时分序列来控制的可变形反射镜器件。一种彩色光的亮度是通过调制SLM元件在一个帧中的总时间量来确定的。并且来自SLM元件的每个彩色光被组合并投射到屏幕上。观察者集成一帧的每个彩色图像光以识别该色彩。在各色彩SLM元件中按不同时间长度对每个彩色光进行调制。通过调制R、G以及B色彩之间的不同时段来减少伪色。

在阅读对各个附图中例示的优选实施方式的下列详细描述后，本发明的这些和其他目的及优点对于本领域的普通技术人员来说无疑将变得显而易见。

附图说明

下面结合附图详细描述本发明。

图1A到1D是用于提供本发明的背景和现有技术的显示技术的图。

图2是示出作为本发明的现有技术的液晶彩色投射设备的操作的概念图。

图3是示出作为本发明的现有技术的典型微反射镜器件的操作的概念图。

图4是示出根据本发明的一个实施方式的彩色显示系统的示例性配置的概念图。

图5是示出形成根据本发明的一个实施方式的彩色显示系统的空间光调制器中的一个的像素部分的示例性配置的横截面图。

图6A是示出形成空间光调制器中的像素的微反射镜的ON状态的概念图。

图6B是示出形成空间光调制器中的像素的微反射镜的OFF状态的概念图。

图6C是示出形成空间光调制器中的像素的微反射镜的振荡状态的概念图。

图7A是示出对形成空间光调制器中的像素的微反射镜的ON状态进行控制的示例的概念图。

图7B是示出对形成空间光调制器中的像素的微反射镜的OFF状态进行控制的示例的概念图。

图7C是示出对形成空间光调制器中的像素的微反射镜的振荡状态进行控制的示例的概念图。

图8是示出根据本显示器的实施方式的为了减少伪色而在控制器中采用的调制时序图的图。

图9是示出根据本显示器的实施方式的为了减少伪色而在控制器中采用的另一调制时序图的图。

图10是示出根据本显示器的实施方式的为了减少伪色而在控制器中采用的另一调制时序图的图。

图11是示出根据本显示器的实施方式的为了减少伪色而在控制器中采用的另一调制时序图的图。

图12是示出根据本发明的另一实施方式的单片式彩色显示系统的例示性配置的概念图。

图13是示出根据本发明的另一实施方式的三片式彩色显示系统的例示性配置的概念图。

图14A是示出根据本发明的另一实施方式的双片式彩色显示系统的例示性配置的侧视图。

图14B是示出根据本发明的另一实施方式的双片式彩色显示系统的例示性配置的正视图。

图14C是示出根据本发明的另一实施方式的双片式彩色显示系统的例示性配置的后视图。

图14D是示出根据本发明的另一实施方式的双片式彩色显示系统的例示性配置的俯视图。

图15是用于示出具有多个彩色像素元件以减少图像显示中的伪色的一个SLM显示系统的系统图。

图16是示出用于进一步改善图像质量的4色显示方案的图，所述4色显示方案利用被反射或者投射为黄色的黄像素来补偿RGB原色的调制时段来减少伪色。

图17是示出一个LCD显示系统具有用于R和B两种颜色的半尺寸像素，而另一板用于绿色，以利用作为人眼识别灰度级的最重要颜色的绿色来改善图像质量的系统图。

具体实施方式

为了更好地理解在色序制显示系统中产生并显示的伪色引起虹彩效应的原因，所包括的图2和图3提供了微反射镜的不同状态，以及利用时序图的色序制显示的控制方案。

参考图2和图3，在反射镜和LCD或硅上液晶(LCOS)系统中，R、G以及B色彩在不同显示时隙的具体组合是导致引起虹彩效应的伪色的显示的原因。

在液晶显示器(LCD)或硅上液晶(LCOS)系统中，如图2的左部所示，由于一个帧的显示时段中红光R、绿光G以及蓝光B的亮度等级具有基于显示图像数据的相应固定值，将要投射的组合投射光线R+G+B不会产生其中R/G/B色彩在该一个帧时段中彼此分离的任何时段，因此不会造成色裂(color breakup)，如图2的右部所示。

相对照的是，在利用DMD(数字微反射镜器件)实现的图像显示系统中，如图3的左部所示，当利用PWM(脉宽调制)进行R/G/B色彩显示定时的ON/OFF控制时，不能保证在一个帧的显示时段中，微反射镜的ON/OFF定时彼此一致，使得为图像显示而投射的组合光线在一个帧的显示时段内具有R/G/B色彩交叠的变化，于是造成色裂，如图3的右部所示。

例示性实施方式以下述方式解决了利用DMD(数字微反射镜器件)作为SLM(空间光调制器)的彩色显示系统中的上述色裂问题。

图4是示出根据本实施方式的彩色显示系统的例示性配置的概念图。根据本实施方式的彩色显示系统5000包括多个空间光调制器5100、控制所述多个空间光调制器5100的控制单元5500、可变光源5210、以及投射光学系统5400。可变光源5210包括红色激光光源5211、绿色激光光源5212、以及蓝色激光光源5213。这些激光光源将具有相应R/G/B色彩的入射光束5601发射到各个空间光调制器5100上。控制单元5500包括帧存储器5520、控制器5530、以及缓冲存储器5540。控制器5530包括用于控制各个空间光调制器5100的SLM控制器5531和光源控制器5532。帧存储器5520将外部输入的输入数字视频数据5700临时存储为二进制数据。SLM控制器5531使用存储在帧存储器5520中的所述输入数字视频数据5700来产生作为用于对空间光调制器5100中的微反射镜5112的ON/OFF和振荡进行控制的控制信号的二进制数据5704和非二进制数据5705，并且经由缓冲存储器5540将这些控制信号输出给各个空间光调制器5100。光源控制器5532控制形成可变光源5210的红色激光光源5211、绿色激光光源5212以及蓝色激光光源5213的发光强度和发光定时。

图5是形成根据本实施方式的空间光调制器5100的各个像素部分之一的横截面图。如图5所示，每个反射镜元件5111包括通过铰接件5113支承在基板5114上并具有角移动柔性以相对于铰接件倾斜到不同角度位置的微反射镜5112。玻璃盖5150覆盖并保护微反射镜5112。在一个例示性实施方式中的每个微反射镜5112的面积范围是20μm²到110μm²。以对称方式位于铰接件5113的相对侧的OFF电极5116/OFF阻挡件5116a和ON电极5115/ON阻挡件5115a被支承在基板5114上。铰接件电极5113a也被设置在基板5114上且位于铰接件5113下方。

在OFF电极5116与铰接件电极5113a之间施加预定的电压以产生库仑力，该库仑力吸引并使微反射镜5112倾斜直至微反射镜5112靠着OFF阻挡件5116a为止。接着，入射到微反射镜5112上的入射光5601被朝向与投射光学系统5400的光轴偏离的OFF位置光路反射。

在ON电极5115与铰接件电极5113a之间施加预定的电压以产生库仑力，该库仑力吸引并使微反射镜5112倾斜直至微反射镜5112靠着ON阻挡件5115a为止。接着，入射到微反射镜5112上的入射光5601被朝向与投射光学系统5400的光轴重合的ON位置光路反射。

图6A、6B以及6C是用于概念地示出根据本实施方式的彩色显示系统中的反射镜元件5111的操作的示例图。图6A示出微反射镜5112的ON状态。在此情况下，来自可变光源5210的入射光5601作为反射光5602从微反射镜5112反射以在投射光学系统5400的光轴方向上投射。反射光5602的光路与投射光学系统5400的光轴重合，使得全部反射光5602投射到屏幕5900上。图6B示出微反射镜5112的OFF状态。在此情况下，反射光5602的光路完全与投射光学系统5400的光轴偏离并且反射光5602由光吸收器5160吸收，使得没有反射光5602投射到屏幕5900上。图6C是示出通过将微反射镜5112控制成在ON与OFF状态之间振荡来产生ON与OFF状态之间的中间灰度级的示例。当微反射镜5112在ON与OFF状态之间振荡时，反射光5602的部分光路与投射光学系统5400交叠。因此，反射光5602的一部分通过投射光学系统5400到达屏幕5900。

图7A、7B以及7C是概念性地示出用于实现上述微反射镜5112的ON状态、OFF状态以及振荡状态的方法的图。如图7A所示，当微反射镜5112变为ON时，基于二进制数据5704和非二进制数据5705的驱动电压Va(充电)被施加到ON电极5115而铰接件电极5113a和OFF电极5116接地。库仑力吸引并使微反射镜5112倾斜直至微反射镜5112靠着ON阻挡件5115a。如图7B所示，当微反射镜5112变为OFF时，驱动电压Va被施加到OFF电极5116而铰接件电极5113a和ON电极5115接地，使得微反射镜5112倾斜直至微反射镜5112靠着OFF阻挡件5116a。图7C示出将微反射镜5112控制为在ON与OFF状态之间振荡的示例。接地电压被施加到全部铰接件电极5113a、OFF电极5116以及ON电极5115，由此终止驱动电压Va，并且铰接件5113的弹性振荡使得微反射镜5112在ON与OFF状态之间振荡。

参照图8，其中左侧图示出本领域普通技术人员实践的系统，而右侧图示出本实施方式的系统实现的功能。在右侧图中所示的实施方式中，系统通过控制反射镜元件或光源来改变投射光强，其中微反射镜是以中间状态调制进行控制的，或者入射光强是以中间强度或最大亮度与OFF状态之间的亮度来控制的。红色像素在该帧过程中显示得与常规技术所实现的红色像素一样，而绿光强度在4个时片(time slice)内降低了约一半。绿光强度在4个时片内降低了约一半。蓝色像素的反射镜元件被控制为与红光接近的长时段调制。利用中间调制来调制反射镜元件以减少反射光强度。另外，蓝光强度较低以使得投射光强度总量与原始蓝色像素相匹配。需要减少调制时段的差异，因为观察者在图8所示的时段At和Bt识别了不正确的色彩。所以观察者在作为伪色时段的时间段B仅看到红色。如图8所示，通过控制显示时段，可减少如“At+Bt”那样的差异时段。

根据图8，如在左部所示，对于传统显示系统，空间光调制器5100仅在从一个帧的显示时段的开始时刻T_O开始且持续了与各色彩的亮度相对应的持续时间(红像素显示时段T_R，绿像素显示时段T_G，以及蓝像素显示时段T_B)的时段内被可变光源5210的具有最大亮度I0的光照亮。

由此，图8例示了其中红像素显示时段T_R与在三个色彩中具有最高亮度的红光相对应的示例。红光具有最长的ON时间，因为输入数字视频数据5700中的显示T_R在一个帧的显示时段T₀中是最长的。在另一方面，与红像素显示时间相比较，绿像素显示时段T_G短了差异时段B_t。像素显示时段T_B是用于蓝光的。蓝像素显示具有比绿光更低的亮度。与红像素显示时间相比较，蓝像素显示时间短了差异时段A_t。不同颜色像素的显示时段的差异经常导致色裂问题。

图8右侧示出的图例示出通过例示性实施方式实施的用于解决此问题的技术。控制单元5500以使最长的红像素显示时段T_R尽可能地与其它显示时段匹配的方式控制空间光调制器5100中的各个反射镜元件5111和可变光源5210。如图8所示，红像素显示时间大致与绿像素显示时段T_G和蓝像素显示时段T_B匹配。

具体来说，控制器5530中的SLM控制器5531和光源控制器5532使用输入数字视频数据5700来产生用于控制图8的左部示出的各彩色像素的亮度的二进制数据5704和非二进制数据5705(第一步骤)。执行处理以使绿像素显示时段T_G(第二时片t_s)与红像素显示时间相匹配。控制可变光源5210的亮度或微反射镜5112的振荡使得绿像素的亮度约为反射光5602的最大亮度I0的一半，而使绿像素显示时段T_G与红像素显示时段T_R相匹配(第二步骤)。类似的是，在蓝像素显示时段T_B，控制可变光源5210或微反射镜5112的振荡以将蓝像素的亮度减少到原始亮度的1/4并使蓝像素显示时段T_B为原始长度的4倍。通过应用这些处理，延长的蓝像素显示时段T_B的长度与红像素显示时段T_R的长度以及绿像素显示时段T_G之间的差t_e变为等于或小于差异时段A_t和B_t之和。通过匹配一个帧T₀的显示时段中的显示时段而不改变每个色彩像素的原始显示亮度，能够防止色裂，由此消除当使用空间光调制器进行彩色显示时由于色裂所引起的图像质量的劣化。

参照包括两部分的图9，其中左侧的图示出由本领域普通技术人员所实现的系统，右侧的图示出本实施方式的系统所实现的功能。在本实施方式中，如右侧的图所示，系统将绿像素帧划分为3个ON时片，而将OFF时段插在ON时段之间。OFF时段比传统OFF时段短并且插在ON时段之间的OFF时段比观察者的肉眼的可识别时间段短。图9还示出了将用于显示蓝色的OFF时段划分为两个短时段的情况。因此，根据图9，当绿像素显示时段T_G和蓝像素显示时段T_B比具有最高亮度的红光的像素显示时段T_R短时，OFF时段t_i被分散地设置于时片之间。此外，显示时间的差异比一个时片t_s长。绿色和蓝色反射光5602被控制为具有最大亮度I0。这适用于本示例中的绿像素显示时段T_G，OFF时段t_i被分散地设置在时片之间，并且OFF时段t_i小于差异时段B_t，即绿像素显示时段T_G与红像素显示时段T_R之间的差异。

控制可变光源5210的亮度或微反射镜5112的振荡以减少蓝像素显示时段T_B中的反射光5602的亮度(在此情况下减少到1/4)。蓝像素显示时段等于或小于时片t_s。此外，控制器延长蓝像素显示时段T_B。同时，在蓝像素显示时段T_B的末端，提供比差异时段At短的OFF时段t_s和t_e，即蓝像素显示时段T_B与绿像素显示时段T_G之间的差异。

因此，当采用图9所示的控制时解决了色裂问题。红像素显示时段T_R，绿像素显示时段T_G，以及蓝像素显示时段T_B在一个帧T₀的显示时段中被无偏移地设置。

参照图10，其中左侧的图示出本领域普通技术人员实现的系统，而在右侧的图示出本实施方式的系统所执行的功能。根据右侧的图，系统显示红像素和绿像素。利用反射镜元件的中间状态，显示时段具有相同调制时段。系统通过如图10所示那样将OFF时段划分为两个时段来显示蓝像素。图10还例示出伪色仅在两个短时段中发生。

根据图10右侧的图，对可变光源5210的亮度或微反射镜5112的振荡进行控制以产生中间亮度值，使得红像素显示时段T_R、绿像素显示时段的长度T_G以及蓝像素显示时段T_B的长度彼此匹配。蓝光在像素显示时段T_B中具有最低亮度。小于差异时段A_t的OFF时段t_i被置于时片之间。利用这种色彩显示控制方案，红像素显示时段T_R、绿像素显示时段T_G以及蓝像素显示时段T_B在一个帧T₀的显示时段中被无偏移地设置，从而解决了色裂问题。

参照针对本发明中实施的用于通过可变入射光强度和中间状态调制的组合来解决伪色问题的控制技术的图11。图11中左侧的图示出本领域普通技术人员所实施的系统，而在右侧的图示出本实施方式的系统所执行的功能。

根据右侧的图，系统根据作为图11的一部分的表中所示的可变时段长度来按照不同时段显示色彩。存在三个可变的显示长度，其被例示为红像素显示时段长度T_R、绿像素显示时段长度T_G、以及蓝像素显示时段长度T_B。通过延伸较短的显示时段长度且具有较低亮度值(在此情况下为绿像素显示时段T_G和蓝像素显示时段T_B)，使得显示时间彼此匹配。

图12是概念性地示出根据本发明的一个实施方式的彩色显示系统的配置的图。如图12所示，彩色显示系统5010包括一个空间光调制器(SLM)5100、控制单元5500、TIR棱镜(全内反射棱镜)5300、投射光学系统5400、光源光学系统5200以及控制单元5500。彩色显示系统5010通常称为单片式彩色显示系统5010，因为该显示系统包括单个空间光调制器5100。空间光调制器5100和TIR棱镜5300被布置在投射光学系统5400的光轴上。光源光学系统5200以其光轴垂直于投射光学系统5400的光轴的方式布置。TIR棱镜5300允许从布置在TIR棱镜5300旁侧的光源光学系统5200投射的照明光5600以预定的倾斜角将入射光线5601投射在空间光调制器5100上。反射光5602垂直地从空间光调制器5100反射以穿过TIR棱镜5300而进入投射光学系统5400。投射光学系统5400将从空间光调制器5100发出的反射光5602透过TIR棱镜5300作为投射光5603投射到屏幕5900等上。

光源光学系统5200包括产生照明光5600的可变光源5210、聚焦照明光5600的聚光透镜5220、棒状聚光器5230、以及聚光透镜5240。可变光源5210、聚光透镜5220、棒状聚光器5230以及聚光透镜5240依次布置在从可变光源5210射出到入射到TIR棱镜5300的侧面的照明光5600的光轴上。在彩色显示系统5010中，使用一个空间光调制器5100来以色序方式在屏幕5900上实现彩色显示。可变光源5210包括红激光光源5211、绿激光光源5212以及蓝激光光源5213。光源的发光状态是独立控制的。将显示数据的一个帧划分为多个子场(在此情况下是对应于R/G/B(红/绿/蓝)的三个子场)，并且红激光光源5211、绿激光光源5212以及蓝激光光源5213在对应于各自色彩子场的时片中按时间顺序开启。

另外，在图12所示的单片式彩色显示系统5010中，控制单元5500以使一个帧中的R/GB色彩的显示定时彼此尽量匹配的方式，对可变光源5210和微反射镜5112的调制操作进行控制。匹配的显示时间由此实现高性能的彩色显示系统5010而没有由于色裂、伪轮廓的问题以及其它类似问题所引起的图像质量劣化。因此色裂的问题可通过如图8、9、10和11所示的彩色显示控制技术得到解决。

图13是示出用于对根据本发明的另一实施方式的彩色显示系统进行控制的配置的概念的图。彩色显示系统5020与上述彩色显示系统5010的不同之处在于彩色显示系统5020是包括多个空间光调制器5100的所谓的多片式(在此情况下是3片式)彩色显示系统。彩色显示系统5020包括多个空间光调制器5100。该显示系统还包括布置在投射光学系统5400与各个空间光调制器5100之间的光分离和组合光学系统5310。光分离和组合光学系统5310包括多个TIR棱镜5311、5312以及5313。TIR棱镜5311用于将从投射光学系统5400的光轴一侧投射的照明光5600作为入射光5601导向空间光调制器5100。TIR棱镜5312用于从通过TIR棱镜5311进入的入射光5601分离红(R)光，允许红光入射到针对红光的空间光调制器5100，并将自其反射的反射光5602导向TIR棱镜5311。

类似的是，TIR棱镜5313从通过TIR棱镜5311进入的入射光5601分离出蓝(B)光和绿(G)光，以允许这些光投射在针对蓝光和绿光的空间光调制器5100上，接着将从SLM 5100反射的反射光导向TIR棱镜5311。因此，三色R/G/B的空间光调制操作在三个空间光调制器5100处同时进行，并且经调制的合成反射光5602被作为投射光5603通过投射光学系统5400投射在屏幕5900上以进行彩色显示。

光分离和组合光学系统不限于此具体实施方式中示出的光分离和组合光学系统5310。各种实施方式是可以想到的，并且全部包括在本发明的范围内。并且在如图13所示的三片式彩色显示系统5020中，控制单元5500以使得一帧中的R/G/B色彩的显示定时尽可能彼此匹配的方式来控制可变光源5210和微反射镜5112的调制操作。如图8、9、10和11所示，提供了一种不存在因色裂、伪轮廓等所引起的图像质量劣化的高性能彩色显示系统5020。

图14A、14B、14C以及14D是利用多个空间光调制器5100的彩色显示系统5030的光学系统的配置图。图14A是根据本实施方式的组合光学系统的侧视图。图14B、14C以及14D分别是组合光学系统的正视图、后视图以及俯视图。根据本实施方式的光学系统包括具有集成安装的多个空间光调制器5100的器件封装5100A、色彩组合光学系统5340、光源光学系统5200、以及可变光源5210。安装在器件封装5100A中的多个空间光调制器5100中的每一个的固定方式是空间光调制器5100的矩形轮廓的每一边在水平平面中向具有类似的矩形轮廓的器件封装5100A的每一边倾斜约45度。

色彩组合光学系统5340被布置在器件封装5100A上方。色彩组合光学系统5340是由直角三角形柱棱镜5341和5342以及直角三角形棱柱导光块5343形成，通过拼接所述直角三角柱棱镜5341和5342的包含直角三角形的长边的表面来将它们彼此拼接为大致等边三角形棱柱，并且将所述直角三角形棱柱导光块5343的斜面拼接到柱棱镜5341和5342的侧表面，而使底侧朝向上。光吸收器5344被设置在柱棱镜5341和5342的与其上附着导光块5343的侧表面相对的侧表面上。

在导光块5343的底面的上方设置有用于绿激光光源5212的光源光学系统5200和用于红激光光源5211和蓝激光光源5213的光源光学系统5200，它们的光轴与导光块5343的底面垂直。照明光5600从绿激光光源5212投射并作为照明光5601透过导光块5343和棱镜5341并入射到直接放置在棱镜5341下方的空间光调制器5100中的一个上。照明光5600从红激光光源5211和蓝激光光源5213投射并作为照明光5601透过导光块5343和棱镜5342并入射到直接放置在棱镜5342下方的另一个空间光调制器5100上。

当微反射镜5112是ON时，入射到空间光调制器5100上的红和蓝照明光5601在棱镜5342中被作为反射光5602朝着向上垂直方向反射，接着从棱镜5342的外侧表面以及拼接表面按顺序反射，进入投射光学系统5400，并作为投射光5603射出。当微反射镜5112是ON时，入射到空间光调制器5100上的绿照明光5601在棱镜5341中被作为反射光5602朝着向上垂直方向反射，接着从棱镜5341的外侧表面反射，并按照与红和蓝反射光5602相同的光路进入投射光学系统5400，并作为投射光5603射出。

根据本实施方式的微反射镜器件由此具有置于一个器件封装5100A中的至少两个空间光调制器5100模块。一个模块仅被来自绿激光光源5212的入射光5601照射。另一空间光调制器5100模块被来自红激光光源5211和蓝激光光源5212中的至少一个的入射光5601照射。如上所述，在两个空间光调制器5100模块中调制的调制光束在色彩组合光学系统5340中会聚。调制光接着在投射光学系统5400中展开并作为投射光5603投射在屏幕5900等上。

另外在图14A到14D所示的两片式彩色显示系统5030中，以使一个帧中的色彩R/G/B的显示定时尽可能地彼此匹配的方式来控制可变光源5210和微反射镜5112的调制操作，由此如图8、9、10以及11所示实现了不存在由色裂、伪轮廓等引起的图像质量劣化的高性能彩色显示系统5030。

参照图15，图15针对包括多个可寻址的偏转元件例如微反射镜的单个空间光调制器(SLM)。这些可寻址的偏转元件的每一个作为特定色彩像素元件被指定用于投射特定的原色。从三个激光器发射的入射光组合进入单个SLM。另外如图15所示，光源也可以被实施为包括三个原色的灯。图15所示的彩色显示系统5040具有与图12所示的彩色显示系统5010相同的单片式配置。彼此共同的部件具有共同的字符，因此省略其描述。在图15所示的彩色显示系统5040中，空间光调制器(SLM)5100中彼此相邻的三个微反射镜5112被指配给三原色R/G/B。这些对应于三个原色R/G/B的微反射镜5112以交错排列方式设置。

通过利用来自可变光源5210的R/G/B入射光5601对空间光调制器5100照明，并控制被指配给三个原色R/G/B的微反射镜5112的ON/OFF状态和振荡，入射光5601被在亮度上调制为反射光5602，该反射光5602接着通过投射光学系统5400作为投射光5603投射在屏幕5900上。另外，在彩色显示系统5040中，通过实施如图9到图12所示的彩色显示控制技术，能够防止色裂。

参照示出本发明的另选实施方式的图16，其中空间光调制器(SLM)的像素元件包括为4个不同色彩指定的像素元件。这4个不同色彩包括红、绿以及蓝(RGB)3个原色，并且还包括黄色。4色系统进一步改善彩色显示的控制以减少伪色。黄像素反射或透射黄色以补偿RGB原色的调制时段。具体来说，在图16中，与图15所示的彩色显示系统5040相比，此图像显示系统的不同之处在于除了用于三原色R/G/B的微反射镜5112之外，还针对用于补偿3个原色的亮度值的黄色(Y)设置了微反射镜5112，以实现4色显示。用于3个原色R/G/B以及黄色(Y)的微反射镜5112以栅格形式排列。

参照图17，本发明的图像显示系统的另一实施方式包括第一LCD(液晶显示)板。第一LCD具有用于2种色彩R和B的半尺寸像素。

该显示系统还包括第二LCD，该第二LCD包括绿色的像素元件。绿色是肉眼识别不同灰度级的最重要的颜色，用于提供改善的色对比度。即，图17所示的彩色显示系统5050包括LCD板10、第二LCD板20、光组合器30、以及可变光源5210。LCD板10使用其全部液晶单元来调制绿(G)光。第二LCD板20具有调制红(R)和蓝(B)光的液晶单元，并且这些光交替地排列。

光组合器30是包括反射红(R)和蓝(B)光而透射绿(G)光并组合且投射3个原色光的分色镜等的光学系统。从绿激光光源5212发射的G入射光5601在LCD板10处被调制并接着透过光组合器30。从红激光光源5211和蓝激光光源5213发射的R/B入射光5601在LCD板20处被调制并从光组合器30反射，与G光组合接着作为投射光5603投射。另外，在彩色显示系统5050中，通过采用如图9-12所示的彩色显示控制技术能够防止色裂。

尽管根据当前优选的实施方式描述了本发明，应理解这些公开不能被解释为限制。在阅读以上公开后，各种另选例和修改例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，所附的权利要求被释意为覆盖了落入本发明的实质和范围内的全部另选例和修改例。

Claims (23)

1、一种彩色显示系统，其包括用于向空间光调制器投射多色彩光的光源，所述空间光调制器用于调制所述多色彩光，并将经调制的光发送到投射光学装置以显示彩色图像，所述彩色显示系统还包括：

控制器，其用于控制所述空间光调制器，以减少至少两种色彩的调制时段的差异，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

2、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述空间光调制器以使得至少两种色彩的调制开始时间或结束时间接近，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

3、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述空间光调制器以减少连续非调制时段的时段，以控制所述空间光调制器的像素停留在OFF状态的时间，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

4、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述空间光调制器以在至少两种色彩的调制时段内维持经调制的光强度，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

5、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还将图像源信号转换并处理为由多个数字数据组成的控制信号，以控制所述空间光调制器针对不同色彩的所述调制时间，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

6、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述空间光调制器的用于投射不同原色的多个像素的ON/OFF状态，并且所述控制器还调节至少两种像素的ON时间的持续时长，以减少用于投射至少两种不同原色的两种像素之间的ON时间差异。

7、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述空间光调制器，以通过在针对至少两种原色的调制时段内维持经调制的光强来投射均匀光强，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

8、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述空间光调制器的多个像素以在一帧显示时间内将所述像素置于ON状态、OFF状态以及中间状态，以减少不同色彩的显示之间的强度失配。

9、一种彩色显示系统，其包括用于将多色彩光投射到空间光调制器的光源，所述空间光调制器用于调制所述多色彩光，并将经调制的光发送到投射光学装置以显示彩色图像，所述彩色显示系统还包括：

控制器，其用于控制所述光源以减少从所述光源投射的至少两种不同色彩之间的光强差异，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

10、根据权利要求9所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述空间光调制器的多个反射镜元件，以在一帧显示时间内与从所述光源投射的所述光强同步地将所述反射镜元件置于ON状态、OFF状态以及中间状态，以减少不同色彩的显示之间的强度失配。

11、根据权利要求9所述的彩色显示系统，其中：

所述光源还包括投射不同波长的激光的多个激光光源。

12、根据权利要求9所述的彩色显示系统，其中：

所述光源还包括投射不同波长的光的多个发光二极管。

13、根据权利要求9所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制不同色彩的投射光的脉冲宽度、脉冲数量或脉冲间隔，以减少从所述光源投射的至少两种不同色彩之间的光强差异，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

14、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其还包括：

用于调制不同色彩的光的至少两个空间光调制器。

15、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述空间光调制器包括多个可变形的反射镜元件，并且相邻的反射镜元件被指定用于调制不同色彩的光。

16、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述空间光调制器包括多个可变形的反射镜元件，并且至少一个反射镜元件被指定用于调制两种不同色彩的光。

17、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述空间光调制器包括支承在用于柔性连接到不同角度位置的可偏转铰接件上的多个微反射镜。

18、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述空间光调制器包括液晶显示器或硅上液晶(LCOS)，并且所述控制器控制所述空间光调制器调制入射光束以生成图像。

19、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述显示系统用于产生针对至少一个色彩具有超过1000个灰度级的显示图像。

20、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述空间光调制器包括具有大致正方形形状并具有在大约20μm到110μm之间的反射镜长度和宽度的多个微反射镜。

21、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还将图像信号转换为用于控制所述空间光调制器的非二进制数字控制信号。

22、根据权利要求1所述的彩色显示系统，其中：

所述控制器还控制所述光源的脉冲宽度、脉冲数量或者脉冲间隔以控制不同色彩的光的强度；并且

所述控制器还控制所述空间光调制器以根据与所述光源的脉冲宽度相关的正整数个时钟循环来同步，从而减少不同色彩的显示之间的强度失配。

23、一种利用包括多个反射镜元件的微反射镜器件作为空间光调制器来控制彩色显示系统的方法，所述方法包括以下步骤：

控制所述空间光调制器以减少至少两种色彩的调制时段的差异，由此减少不同色彩的显示之间的强度失配。

Images