CN102298903A

CN102298903A - 使用脉冲光源的显示装置

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Publication number: CN102298903A
Application number: CN2010102107715A
Authority: CN
Inventors: 石井房雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-06-28
Also published as: CN102298903B

Abstract

本发明提供了一个使用脉冲光源的显示装置，包括：一个光源；至少一个用于调制光源所发出光通量的空间光调制器和一个用于处理输入视频图像信息和控制光源及空间光调制器的控制器，该控制器控制光源和空间光调制器，使光源执行的脉冲发射时间短于空间光调制器受控处于调制状态下的时间。

Description

使用脉冲光源的显示装置

技术领域

本发明主要涉及控制和操作投影装置的系统构造和方法。具体而言，本发明涉及装配大量空间光调制器和光源的图像投影装置，其中用控制器来控制与光源发射脉冲波一致、处于不同调制状态的调制器，以获得最佳的图像显示质量。

背景技术

在阴极射线管(CRT)技术在显示业界占据主导地位100多年后的今天，平板显示(FPD)和投影显示以小波形系数和大屏幕尺寸受到了广泛欢迎。在几种投影显示技术中，基于微显示技术的投影显示由于具有比平板显示(FPD)更好的画面质量、更低的制造成本而获得了认可。市场上投影显示装置中的微显示技术主要有两种：微-LCD(液晶显示)技术和微镜技术。微镜器件使用随机偏振光，因而与使用偏振光的微液晶显示相比有亮度上的优势。

尽管近年来在制作空间光调制器这样的机电微镜装置方面已经取得了显著的进展，但要将其应用于高质量画面的显示仍有一些限制和困难。特别对于数字信号控制的显示图像，反而会由于灰度等级足够导致图像不能显示，使得图像质量受到影响。

开态-关态的微镜控制方案，如美国专利5,214,420和大多数传统的显示系统，如美国专利5,285,407中都限制了显示质量。具体而言，当使用控制电路的传统配置时，即传统系统(只有开态和关态的PWM)的灰度受到LSB(最低有效位，或最短脉冲宽度)的限制。由于传统系统中使用的开-关态，无法提供比LSB更短的脉冲宽度。由灰度决定的最低亮度是最短脉冲宽度内反射的光。有限的灰度导致了图像显示的劣化。

举个简单的例子，假定灰度为n位，一帧时间被分为2ⁿ-1个相等的时间段。对16.7微秒的帧周期和n位亮度值，时间段为16.7/(2ⁿ-1)微秒。

为每个像素的每一帧建立了这些时段后，像素亮度得以量化，黑色为0时段，LSB代表的亮度级别为1时段，最大亮度为此ⁿ每一像素的亮度决定了像素在一帧周期中打开的时间长度。因此，在一帧周期中，数值大于0的每一像素根据与其亮度对应的时段数处于打开状态。观众的眼睛结合了每一像素的亮度，就好像图像是以光的模拟方式控制形成的。

为了控制可形变的镜面器件，PWM接收“位面”格式的数据。每一位面与亮度值的权重相关。因此，如果每一像素的亮度由n-位数值来表示时，每帧数据都有n-位面。每个位面对应每个显示单元都有0或1值。在前面提到的例子中，每个位面在一帧中独立加载，镜面单元由对应的位面值来控制。例如，每个像素中代表最低有效位的位面显示1时段。

如上所述投影装置主要使用高压汞灯或氙气灯等光源。然而，这些类型的光源在开态和关态之间交替高速转换中表现较差。进一步地，在装置运转过程中，这些灯具普遍被控制在连续的开态。因此，对镜面的开/关调制方式，不能在开态和关态之间的转变状态中精确地控制光强。这导致使用空间光调制器时，在视频图像的调制控制中图像质量的劣化。

进一步地，当仅由镜面的开/关运转来控制空间光调制器调制的光强时，需要提高镜面的振荡速度来实现对光强更细腻的控制。然后，提高镜面振荡速度受限于很多因素，包括构成镜面的铰链强度和用于倾斜(即振荡)控制，如开/关控制的控制信号频率。因此，在只使用镜面的开/关控制来控制光强的调制时，在控制光强方面有所限制。

为了控制色温和/或色平衡，需要处理输入视频信号。因此，引入了更多的技术问题，如为视频使用不必要的复杂处理电路。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种技术，能够获得调制光的精确亮度，而不受镜面开/关调制中开态和关态之间转换态的影响。

本发明的另一个目的是提供一种技术，能够控制调制光强，而不受镜面倾斜控制速度的影响。

本发明还有一个目的是提供一种技术，能够控制调制色温和色平衡，而不需要改变输入视频信号。

本发明的第一个实施例提供了一个显示装置，它包含一个光源、至少一个用于调制光源所发出光通量的空间光调制器和一个用于处理输入视频图像信息和控制光源及空间光调制方式的控制器，该控制器控制光源和空间光调制器，使光源执行的脉冲发射周期短于调制状态下空间光调制器的周期。

本发明的第二个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中受控于调制状态下的空间光调制器的时段为时间最小单元，其中空间光调制器根据视频图像信息受控于调制状态。

本发明的第三个实施例基于第二个实施例提供了一个显示装置，其中时间最小单元与装载到空间光调制器的像素上的数据时段最小单元一致，以根据视频图像信息来控制空间光调制器的亮度等级。

本发明的第四个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中光源为发光二极管(LED)或激光光源。

本发明的第五个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中空间光调制器受控制器控制，处于大量与控制信号相一致的调制状态。

本发明的第六个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，进一步包含一个投影仪，其中空间光调制器为由大量微镜组成的镜面器件，该投影仪投影空间光调制器的调制光。

本发明的第七个实施例基于第六个实施例提供了一个显示装置，其中空间光调制器受控处于开态，将光源发出的光通量引导至投影仪，处于关态，将光源发出的光通量引导至投影仪以外，和处于开态和关态之间的调制状态。

本发明的第八个实施例基于第七个实施例提供了一个显示装置，其中脉冲发射的周期与处于振荡态的微镜的振荡周期几乎相同。

本发明的第九个实施例基于第七个实施例提供了一个显示装置，其中脉冲发射的周期与处于振荡态的微镜的振荡周期的n倍几乎相同，“n”为正整数。

本发明的第十个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中当空间光调制器的大量像素为关态时，光源不执行脉冲发射。

本发明的第十一个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中当空间光调制器受控处于调制状态时，光源执行多次脉冲发射。

本发明的第十二个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制器控制空间光调制器，通过一帧中多个不同宽度的脉冲发射来改变显示图像的光强，其中空间光调制器受控处于调制状态。

本发明的第十三个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制器控制空间光调制器，通过一帧中多次不同强度的脉冲发射来改变显示图像的光强，其中空间光调制器受控处于调制状态。

本发明的第十四个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制器控制空间光调制器，通过一帧中多次不同周期的脉冲发射来改变显示图像的光强，其中空间光调制器受控处于调制状态。

本发明的第十五个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制器控制空间光调制器，通过在视频图像的一帧中或它的子帧中多个不同宽度的脉冲发射来改变投影图像的光强，其中空间光调制器受控处于调制状态。

本发明的第十六个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制器控制空间光调制器，通过在视频图像的一帧中或它的子帧中多个不同强度的脉冲发射来改变投影图像的光强，其中空间光调制器受控处于调制状态。

本发明的第十七个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制器控制空间光调制器，通过在视频图像的一帧中或它的子帧中多个不同周期的脉冲发射来改变投影图像的光强，其中空间光调制器受控处于调制状态。

本发明的第十八个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制光源，使脉冲发射可以包含至少一部分空间光调制器调制状态的转换时间。

本发明的第十九个实施例基于第一个实施例提供了一个显示装置，其中控制器将输入二进制视频信号换算为非二进制视频信号，通过非二进制信号来控制空间光调制器的调制。

本发明的第二十个实施例提供了一个显示装置，它包含一个发射色光的多光通量的光源、一个用于调制光源所发出色光光通量的空间光调制器和一个用于处理输入视频图像信息和控制光源及空间光调制方式的控制器，该控制器基于视频图像信息产生构成视频图像的多色视频信号，通过视频图像信号中单色视频图像信号使发射光的时间短于空间光调制器处于调制状态下的时间，其中至少两个彩色光源的发射为脉冲发射、即彩色序列发射。

本发明的第二十一个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中控制器控制光源，使它在短于空间光调制器处于调制状态下的时间中实现多色光源所有颜色的序列脉冲发射。

本发明的第二十二个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中空间光调制器受控处于调制状态下的时间为时间最小单元，其中空间光调制器根据视频图像信息受控于调制状态。

本发明的第二十三个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中时间最小单元与装载到空间光调制器的像素上的数据最小单元时间一致，以根据视频图像信息来控制空间光调制器的亮度等级。

本发明的第二十四个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中光源为发光二极管(LED)或激光光源。

本发明的第二十五个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中空间光调制器受控制器控制，处于大量与控制信号相一致的调制状态。

本发明的第二十六个实施例基于第一个实施例提供了二十个显示装置，进一步包含一个投影仪，其中空间光调制器为由大量微镜组成的镜面器件，该投影仪投影空间光调制器的调制光。

本发明的第二十七个实施例基于第二十六个实施例提供了一个显示装置，其中空间光调制器受控处于开态，将光源发出的光通量引导至投影仪，处于关态，将光源发出的光通量引导至投影仪以外，和处于开态和关态之间的调制状态。

本发明的第二十八个实施例基于第二十六个实施例提供了一个显示装置，其中至少两种颜色各自的脉冲发射时间与处于振荡态的微镜的振荡时间几乎相同。

本发明的第二十九个实施例基于第二十六个实施例提供了一个显示装置，其中至少两种颜色各自的脉冲发射时间与处于振荡态的微镜的振荡时间的n倍几乎相同，“n”为正整数。

本发明的第三十个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度与实现空间光调制器调制的时间成特定比例。

本发明的第三十一个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度为预定值。

本发明的第三十二个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度可以任意改变。

本发明的第三十三个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中通过改变含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度，可以调节显示视频图像的色平衡。

本发明的第三十四个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的时间可以任意改变。

本发明的第三十五个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中通过改变含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的时间，可以调节显示视频图像的色平衡。

本发明的第三十六个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，通过改变至少两种颜色的脉冲发射，可以增加显示视频图像合成颜色的组分，因此提高了显示视频图像的亮度。

本发明的第三十七个实施例基于第二十个实施例提供了一个显示装置，其中彩色光源的序列发射为含有至少三种颜色的光源的多脉冲发射，调整各色脉冲发射的脉冲宽度增加了一幅显示视频图像的白色组分，因此提高了它的亮度。

本发明的第三十八个实施例提供了一个显示装置，它包含一个空间光调制器、一个照亮空间光调制器的光源、一个投影来自空间光调制器光线的投影仪，其中光源发射单色或多色光通量、和一个用于控制光源脉冲发射调制的光源控制单元，其中光源控制单元控制光源，使光通量为彩色序列光线，并改变光源脉冲发射的强度或宽度的比例和光源数量，从而为构成视频图像的每一帧或子帧产生具有不同颜色的照明光。

附图说明

图1为基于本发明一优选实施例的投影装置结构的功能块状图；

图2为基于本发明另一优选实施例的看似多片投影装置的单片投影装置结构的功能块状图；

图3A为阐述本发明一优选实施例单片投影装置所含控制单元构造的功能块状图；

图3B为阐述本发明一优选实施例多片投影装置所含控制单元的构造的功能块状图；

图4A为基于本发明一优选实施例的投影装置结构的块状图；

图4B为基于本发明一优选实施例的投影装置光源驱动电路结构典型优化的块状图；

图5为本发明实施例发射光强和光源驱动电路所施加电流的关系图；

图6为本发明实施例发射光强和光源驱动电路恒流电路所施加电流的关系图；

图7为本发明实施例的空间光调制器内部构造布局的电路图；

图8为构成基于本发明优选实施例的空间光调制器的单一像素部分的剖面图；

图9为显示构成基于本发明优选实施例的空间光调制器的单一像素单元的结构概念侧面剖面图；

图10A为基于本发明优选实施例，通过偏转镜面单元的镜面，将入射光反射至投影光学系统的图像；

图10B为基于本发明优选实施例，通过偏转镜面单元的镜面，将入射光反射至投影光学系统以外的图像；

图10C为基于本发明优选实施例，通过偏转镜面单元的镜面的反复自由振荡，将入射光反射至投影光学系统及以外的图像；

图11为展示基于本发明优选实施例的投影装置运转的图像；

图12为展示基于本发明优选实施例的投影装置运转的图像；

图13为展示基于本发明优选实施例的投影装置运转的图像；

图14为基于本发明优选实施例的投影装置控制色平衡的原理图；

图15为基于本发明优选实施例的投影装置的镜面开/关控制中控制色平衡的原理图；

图16为基于本发明优选实施例的投影装置的镜面开/关控制中控制色平衡的原理图；

图17为展示基于本发明优选实施例的投影装置中结合了镜面开/关控制和振荡控制的情况这一运转状况的图像；

图18为展示基于本发明优选实施例的投影装置中结合了镜面开/关控制和振荡控制的情况这一运转状况的图像；

图19为视频图像数据伽马(γ)修正的原理图；

图20为在基于本发明实施例的投影装置中，通过控制光源发射光强实现伽马修正的原理图；

图21为基于本发明实施例的投影装置中将二进制数转换为非二进制数的示例图；

图22为基于本发明实施例的投影装置中将二进制数转换为非二进制数的示例图；

图23为在基于本发明实施例的投影装置中，对8位非二进制数的输入亮度实现伽马修正的四个阶段的示例图；

图24为在基于本发明实施例的投影装置中，对8位非二进制数的输入亮度实现伽马修正的四个阶段的示例图；

图25A为基于本发明优选实施例的投影装置中通过间歇脉冲发射实现伽马修正的示意图；

图25B为描述基于本发明实施例的投影装置中所含可调光源的脉冲发射调制的典型优化图；

图25C为描述基于本发明实施例的投影装置中所含可调光源的脉冲发射调制的典型优化图；

图25D为描述基于本发明实施例的投影装置中所含可调光源的脉冲发射调制的典型优化图；

图25E为描述基于本发明实施例的投影装置中所含可调光源的脉冲发射调制的典型优化图；

图26A为通过基于本发明优选实施例的投影装置中间歇脉冲发射来提高对较低亮度一侧修正作用的示意图；

图26B为通过图26A所示光源图形来提高对较低亮度一侧修正作用时，伽马修正曲线的示意图；

图27A为考虑到人类视觉，基于本发明优选实施例的投影装置中通过间歇脉冲发生实现伽马修正的示意图；

图27B为考虑到人类视觉，通过图27A所示光源图形来提高对较低亮度一侧修正作用时，伽马修正曲线的示意图。

具体实施方式

如下为参考所付图示，对本发明优选实施例的详细描述。更确切地，提供以下描述来将本发明作为显示装置的例子应用到投影装置中。

图1为基于本发明优选实施例的单片投影装置结构的功能块状图。具体而言，图1显示了投影装置5010，它包含一个空间光调制器(SLM)5100、一个控制单元5500、一个全内反射(TIR)棱镜5300、一个投影光学系统5400和一个光源光学系统5200。因为只安装了单个空间光调制器5100，投影装置5010通常是指一个单片投影装置5010。

空间光调制器5100和TIR棱镜5300位于投影光学系统5400的光轴上，光源光学系统5200的位置是它的光轴与投影光学系统5400的光轴匹配。

TIR棱镜5300接收来自光源光学系统5200的照明光5600，并将该光作为入射光5601，以预定角度入射到空间光调制器5100。SLM5100再将反射光5602反射和传输至投影光学系统5400。

被投影光学系统5400将经过空间光调制器5100和TIR棱镜5300的反射光5602作为投影光5603，投射到屏幕5900上。光源光学系统5200包含一个产生照明光5600的可调光源5210、一个会聚照明光5600的聚光透镜5200，一个柱状聚光体5230和一个聚光透镜5240。

可调光源5210、聚光透镜5220，棒状聚光透镜5230和聚光透镜5240按所列顺序依次排布在照明光5600的光轴上，其中照明光由可调光源5210发出，入射到TIR棱镜5300的侧面。

运用单个空间光调制器5100顺序颜色显示的方法，投影装置5010实现了在屏幕5900上的彩色显示。

具体而言，可调光源5210包括一个红色激光光源5211，一个绿色激光光源5212和一个蓝色激光光源5213(图中未画出)，并可对这三个光源进行发射状态的单独控制。。可调光源的控制器将显示数据的一帧分成许多子字段(即对应红(R)、绿(G)、蓝(B)的三个子字段)，使得红色激光光源5211、绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213在时间上轮流连续开启，将在后面详细介绍。

图2为基于本发明另一优选实施例的投影装置结构的功能块状图；不同于只安装了单个空间光调制器的单片投影装置5100，投影装置5020通常是指一个含有多个SLM的多片投影装置5010。进一步地，投影装置5020含有控制单元5502，而不是控制单元5500。投影装置5020包含多个空间光调制器5100，还包含投影光学系统5400和每个空间光调制器5100之间的光分离/合成光学系统5310。

光分离/合成光学系统5310包含多个棱镜，即TIR棱镜5311、TIR棱镜5312和TIR棱镜5313。

TIR棱镜5311的作用是为照明光5600导向，将照明光从投影光学系统5400光轴一边入射，作为入射光5601照射到空间光调制器5100。

TIR棱镜5312的作用是从来自TIR棱镜5311的入射光5601中分离出红(R)光，并将红光入射到红光用空间光调制器5100，再进一步将调整后的红光的反射光5602导向TIR棱镜5311。

类似地，TIR棱镜5313的作用从来自TIR棱镜5311的入射光5601中分离出蓝(B)光和绿(G)光，并将它们入射到蓝光用和绿光用空间光调制器5100，再进一步是将调整后的红光的反射光5602导向TIR棱镜5311。

因此，R、G和B三种颜色的空间光调制同时分别在三个空间光调制器中执行。分别调制的反射光作为投影光束5602经由投射光学系统5400投射到屏幕5900上，从而实现彩色显示。注意：该系统可以通过使用光分离/合成光学系统实现各种各样的调制，从而避免受限于上述光分离/合成光学系统5310。

图3A为阐述本发明一优选实施例单片投影装置所含控制单元构造的功能块状图。控制单元5500包含一个帧存储器5520、一个SLM控制器5530、一个序列发生器5540、一个视频图像分析单元5550、一个光源控制单元5560和一个光源驱动电路5570。

序列发生器5540由微处理器组成，以控制整个控制单元5500和空间光调制器5100的运行时间。

在一典型实施例中，帧存储器5520保持从与视频信号输入单元5510相连的外部器件(未画出)接收到的一帧输入数字视频数据5700。输入数字视频信号5700每更新一次就完成一帧的显示。

如后所述，SLM控制器5530处理从帧存储器5520读出的输入数字视频数据5700。SLM控制器5530将读到的数据分成多个子字段5701至5703，将它们作为二进制数5704和非二进制数5705输出到空间光调制器5100，用来实现空间光调制器5100的镜面5122的开/关控制和振荡控制(将在后面阐述)。

序列发生器5540将时钟信号与SLM控制器5530产生二进制数5704和非二进制数5705同步地输出到空间光调制器5100。

视频图像分析单元5550对应从视频信号输入单元5510输入的输入数字视频数据5700，将图像分析数据6800输出，用于产生不同的光源图形(后面将会阐述)。

光源控制单元5560通过使用发射照明光5600的光源轮廓控制信号来控制光源驱动器进而控制可调光源5210。视频图像分析单元5811使用由序列发生器5540产生的光源脉冲图形5801至5811来产生光源轮廓控制信号5800，后面将进一步阐述。

光源驱动电路5570驱动可调光源5210的红色激光光源5211，绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213来发射光。光源产生从光源控制单元5560接收的光源脉冲图形5801至5811(将在后面阐述)。

图3B为阐述基于本发明实施例的多片投影装置所含控制单元的构造的功能块状图。

控制单元5502包含多个SLM控制器5531、5532和5533，用于控制每个空间光调制器5100。每个调制器都安装来分别调制R、G和B颜色，该控制器的构造是控制单元5502和图3A所示控制单元5500的主要区别。

具体而言，每个SLM控制器5531、5532和5533安装来处理R、G和B各色的调制。每个调制器都由上述各空间光调制器5100位于相同的衬底上。这个构造可以使每个空间光调制器5100和对应的SLM控制器5531、5532和5533彼此靠近，从而得到高速数据传输率。

进一步地，系统总线5580连接帧存储器5520、光源控制单元5560、序列发生器5540和SLM控制器5531至5533，用来加速和简化每个相连元件间的连接路径。

图4A为描述基于本发明的光源驱动电路5570(即光源驱动电路5571、5572和5573)结构的功能块状图。

图4A所示光源驱动电路包含多个恒流电路5570a(即I(R，G，B)₁至I(R，G，B)_n)和多个分别与恒流电路5570a对应的开关电路5570b(即开关电路SW(R，G，B)₁至SW(R，G，B)_n)，以产生想要的光强。光源光学系统5200(即红色激光光源5211、绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213)的光发射显示为P₁至P_n。

开关电路5570b随光源光学系统5200(即红色激光光源5211、绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213)想要的发射轮廓执行开关转换。

当光源光学系统5200的发射强度设定为N位(其中N≥n)时，恒流电路(即恒流电路I(R，G，B)_n)的输出电流设定值如下：

I(R，G，B)₁＝I_th+LSB

I(R，G，B)₂＝LSB+1

I(R，G，B)₃＝LSB+2…

…

I(R，G，B)_n＝MSB在该典型实施例中，灰度显示基于发射强度受到控制。即使发射时间(即发射脉冲宽度)和发射间隔(即发射周期)可变，也可以获得相似的灰度。

这种情况下，可调光源的发射强度Pn和每种颜色驱动电流的关系如下。注意“k”为对应驱动电流的发射效率：

P₁＝k*(I_th+I₁)

P₂＝k*(I_th+I₁+I₂)

…

P_n＝k*(I_th+I₁+I₂+…+I_n-1+I_n)

图4B为基于本实施例的光源驱动电路的结构优化实施例的块状图。

为了简化，图4B将恒流电路5570a(I(R，G，B)₁至I(R，G，B)_n)表示为I₁至I_n，将开关电路5570b(开关电路SW(R，G，B)₁至SW(R，G，B)_n)表示为开关电路5570b(SW₁至SW_n)。

后面将会降到，基于本实施例的光源驱动电路5570配置来控制单个恒流电路5570a(在该例中即I(R，G，B)₁)，用来提供等于光源光学系统5200阈值电流I_th的电流值。可替换地，单个恒流电路提供与上面提到的阈值电流相近的电流，在使用激光或类似光源作为光源光学系统5200时，作为偏置电流I_b通过使用高速电流驱动，可以稳定地分别开关光源驱动电路5570，以提供高速发射。

图4B所示光源驱动电路5570(即光源驱动电路5571、5572和5573)包含一个偏置电流电路5570c，持续地与光源光学系统5200(即红色激光光源5211、绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213)连接，其中光源光学系统在恒流电路5570a以外，用于施加偏置电流I_b。

进一步地，恒流电路5570a和光源光学系统5200的连接通过位于开关电路5570电流方向上的开关电路5570d(SW_pulse)来实现。

在图4B所示构造的情况下，每个波长可调光源的发射强度Pn和驱动电流的关系如下，其中“k”为对应驱动电流的发射效强度：

P_b＝k*I_b(I_b≈I_th)

P₁＝k*(I_th+I₁)

P₂＝k*(I_th+I₁+I₂)

…

P_n＝k*(I_th+I₁+I₂+…+I_n-1+I_n)

具体而言，每一开关操作和发射输出的关系如下：

SW_pulse＝OFF：P_b＝k*I_b≈0[mW](where I_b≈I_th)

SW₁：P₁＝k*(I_b+I₁)

SW₂：P₂＝k*(I_b+I₁+I₂)

…

SW_n：P_n＝k*(I_b+I₁+I₂+...I_n-1+I_n)

通过该关系，可以获得包含接近0的发射强度P_b的发射轮廓。

图4B显示了的实施例中，开关电路5570d可以不受驱动电流转换的影响操控电路，其中驱动电流转换的影响可能由开关电路5570b(SW₁至SW_n)导致。每个开关电路5570b均分别与恒流电路5570a相连。特别地，当可调光源5210不发射光时还有一个功能，开关电路(SW₁至SW_n)用于转换可调光源。

图4B的构造中偏置电流值设为一固定值，也可以将恒流电路5570c与光源控制单元5560相连来允许可变偏置电流。

图5为图4A所述光源驱动电路发射强度P_n和施加电流I的关系图。

图6为图4B所述光源驱动电路的恒流电路5570a的发射强度P_b和P_n与施加电流I的关系图。

注意：图4A和4B提供了与每一灰度位对应的每一子帧改变可调光源的发射轮廓的描述。如果同时使用空间光调制器5100的显示灰度功能，要求的电路等级数量减少，因而减少了恒流电路5570a和开关电路5570b的数量。因此，可以获得空间光调制器5100调制过程可以得到的相同或更高的灰度等级。

下面的详细描述解释了基于本实施例的空间光调制器5100的构造。

基于本实施例的空间光调制器5100为一个含有阵列镜面单元的可偏转镜面器件。图7为阐述基于本发明实施例的空间光调制器5100内部构造布局的电路图。图8为构成基于本实施例的空间光调制器5100的单一像素单元的剖面图。图9为构成基于本实施例的空间光调制器5100的单一像素单元的构造的侧面剖面图。

图7所示镜面器件5100包含一个镜面单元阵列5110、列驱动器5120、行解码器5130和一个外部界面单元5140。该外部界面单元5140包含一个时钟控制器5141和一个选择器5142。时钟控制器5141基于来自SLM控制器5530的时钟信号，控制行解码器5130。选择器5142为列驱动器5120提供从SLM控制器5530输入的数字信号。大量镜面单元在各位线5121处按阵列排列成镜面单元阵列5110。位线从列驱动器5120竖直地延伸出来，跨过各字线5131。字线从行解码器5130处水平地延伸出来。

如图8所示，每一镜面单元5111包含一个可以在一定范围的偏转角度自由倾斜的、通过铰链5113支撑在衬底5114上的镜面5112。镜面5112上覆盖了用于保护的玻璃盖5150。

一个关电极5116(和一个关制动器5116s)和一个开电极5115(和一个开制动器5116s)位于衬底5114上，对称地分布在铰链5113的两侧。

对关态电极5116施加一定的预置电压，通过库伦力将镜面5112倾斜至接触关态制动器5116s。这导致镜面5112将入射光5601反射至与投影光学系统5400光轴的偏离的关闭方向的光路上。这种情况下的镜面(或镜面单元)状态称为关态。

对开态电极5115施加一定的预置电压，通过库伦力将镜面5112倾斜至接触开态制动器5116s。这导致镜面5112将入射光5601反射至与投影光学系统5400光轴的开启方向匹配的光路上。这种情况下的镜面(或镜面单元)状态称为开态。

进一步地，在图9中，一个镜面单元5111由镜面5112、支撑镜面5112的弹性铰链5113、定位电极5115和5116以及两个存储单元组成，即第一存储单元5115a和第二存储单元5115b，它们对定位电极5115和5116施加电压以达到在所需偏转态下控制镜面5112的目的。

第一和第二存储单元5115a和5116a均具有包含选通晶体管(即选通晶体管5115c和5116c)和电容(即开态电容5115b和关态电容5116b)的动态随机存储器(DRAM)结构。存储单元5115a和5116a的结构并不局限于以上描述，举例而言，可以替换为静态随机存储器(SRAM)或类似结构。

进一步地，存储单元5115a和5116a分别与定位电极5115和5116、列线1、列线2和行线相连。

在第一存储单元5115a中，选通晶体管5115c连接在定位电极5115和行线之间，同时连接在列线1和行线之间。开态电容5115b与定位电极5116和GND(即地)相连。类似的，在第二存储单元5116a中，选通晶体管5116c连接在定位电极5116和列线2之间，同时连接在列线2和行线之间。关态电容5115b与定位电极5116和GND相连。

控制列线1和行线上的信号可以对定位电极5115施加一预定电压，因此可以将镜面5112向定位电极5115的倾斜。类似地，控制列线2和行线上的信号可以对定位电极5116施加一预定电压，因此可以将镜面5112向定位电极5116的倾斜。

具体而言，选通晶体管5116c和选通晶体管5115c的开启/关断都由字线控制。具体而言，沿指定字线水平的一行镜面单元5111同时被选中，控制开态电容5115b和5116b的充电和放电，从而在水平行中打开和关闭镜面5112。注意：每个存储单元5115a和5116a的驱动电路通常形成于衬底5114上。通过图像数据信号分别控制存储单元5115a和5116a可以控制镜面5112的偏转角度，实现入射光的调制和反射。

下面将参考图10A、10B和10C，描述图8和图9所示镜面单元4001的镜面4003的偏转。

图10A为描述通过偏转镜面单元的镜面，将入射光反射到投影光学系统的图示。

如图9所示存储单元4010a和4010b(此处未画出)存储信号(0，1)，它施加到图10A所示定位电极4008a的电极为_0伏，施加到定位电极4008b上的电压为Ve。结果，镜面4003受库伦力作用，从偏转角为“0”度，即水平态，向施加了电压Ve的定位电极4008b的方向偏转至+12度。这导致镜面4003将入射光反射到投影光学系统(即开光态或开态)。

具体而言，本发明申请将镜面4003的初始状态定义为“0”度，向顺时针方向(CW)的偏转角度定义为“+”(正)，向逆时针方向(CCW)的偏转角度定义为“-”(负)。进一步地，器件衬底4004上有一绝缘层4006，铰链电极4009连接到弹性铰链4007上，通过在绝缘层4006接地。

图10B为描述通过偏转镜面单元的镜面，将入射光反射到投影光学系统的图示。如图9所示，存储单元4010a和4010b(这里未画出)存储信号(1，0)时，施加到定位电极4008a的电极为Ve，施加到定位电极4008b上的电压为“0”伏。结果，镜面4003受库伦力作用，从偏转角为“0”度，即水平态，向施加了电压Ve的定位电极4008a的方向偏转至-12度。这导致镜面4003将入射光反射到投影光学系统以外的光路(称为关光态或关态)。

图10C为描述通过偏转镜面单元的镜面的反复自由振荡，将入射光反射至投影光学系统及以外的图像。

图10C中，存储单元4010a和4010b(这里未画出)存储信号(0，0)时，施加到定位电极4008a和4008b的电压为“0”伏。由于电极上的零电压，镜面4003和定位电极4008a或4008b之间的库伦力消除了，因此镜面4003通过弹性铰链4007的作用，在±12度偏转角度范围内自由振荡(即自由振荡态)。在自由振荡过程中，入射光只在确切的偏转角度范围内反射到投影光学系统。镜面4003反复自由振荡，在开光态和关光态之间频繁转换。控制转换的次数可以细微地调整反射到投影光学系统的光强。

自由振荡过程中向投影光学系统反射的光强低于镜面4003持续处于开态的强度、高于它持续处于关态的强度。具体而言，可以产生开态和关态之间的中间光强。因此，通过上述对光强的细微调节，可以投影比传统技术更高等级的图像。

虽然图中未显示，但可替换的构造可以是：通过偏转镜面4003处于初始态的入射光，使一部分光线进入投影光学系统。这样的构造使反射光进入投影光学系统时的强度高于镜面4003持续处于关态的强度，低于它持续处于开态的强度，从而控制镜面4003在中间态运转。

在作为显示下一代高等级图像的器件方面，具有振荡态和中间态的镜面器件优于只有两种状态(即开态和关态)的传统镜面器件。

下面将描述图1至9所示投影装置各种各样的优选实施例。注意：在以下描述中，表示相同的构件时使用了与上述相同的数字编号。

<实施例1>

图11和12为阐述基于本发明一优选实施例的投影装置运转顺序的时钟图。

基于本实施例的投影装置可以根据单片投影装置5010来配置，其中单片投影装置5010包含图1所述光学系统和图3A所述控制系统(即控制系统5500)。通过使用颜色顺序显示的方法，该图像投影装置可以实现彩色图像的投影显示。

具体而言，装置在投影装置5010中的控制单元5500的SLM控制器5530基于输入数字视频数据5700产生光源轮廓控制信号5800。然后将光源轮廓控制信号经序列发生器5540A输入到光源控制单元5560。

光源控制单元5560控制脉冲宽度来从光源5210的红色激光光源5211，绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213投影作为脉冲光的脉冲发射。由光源轮廓控制信号5800控制、用于转换不同的激光颜色的刷新速率高于用来调制不同颜色的空间光调制器5100中镜面4003状态改变的速率。具体而言，图11显示了光源控制单元5560控制光源5210只在镜面处于显示为Tnet的“稳定开态”的时间，即第二时间长度，之内开启。稳定开态时间短于镜面开/关控制图形8021所指镜面4003的镜面开态时间T0，即第一时间长度。

因此，镜面开态时间T0包含上升时间tr、镜面稳定开态时间Tnet和下降时间tf。在上升时间tr和下降时间tf中，镜面4003不稳定。在非稳定开态时间中，镜面的运转会在反射光5602中产生噪声。

为了最小化非稳定开态时间对反射的不良影响，本实施例装置了光源控制来使光源5210仅在镜面稳定开态时间Tnet中打开。该光源由光源脉冲图形8010控制。有了恰当排放的光源控制信号，包含上升时间tr和下降时间tf的非稳定开态时间中的反射光得以消除，这是因为在上述时段中光源关闭。因此，通过控制入射光5601从光源入射到空间光调制器5100，能够精确控制反射光5602的亮度。

进一步地，控制镜面4003的方法也可以应用到具有振荡控制的装置中。除图11所述开/关镜面状态，有了振荡控制图形，可以控制镜面4003在开态和关态之间振荡。在镜面4003的振荡态中，控制光源脉冲图形8010具有各种脉冲宽度。光源脉冲宽度T2和光源脉冲宽度T3在图12中有所阐述。因此，相比持续开启光源，可以灵活调整反射光5602的亮度来根据镜面振荡获得光强的精确控制。

图12描述了可以通过控制镜面4003处于开态的时间长度来控制的反射光5602的亮度。镜面4003处于开态的时间长度定义为T0，保持光源5210持续开启的镜面反射光强定义为一个单位。在该实施例中，光源5210受控投影脉冲发射光。光源控制信号的光源脉冲宽度为T2。脉冲宽度T2短于镜面处于开态的脉冲宽度T0。进一步地，图12的中间部分显示了镜面4003处于振荡状态的镜面开启时间T0。根据镜面振荡控制图形8022，镜面受控振荡。因此，反射光的强度被控制为反射光5602的1/3单位(如图12中心所示)。可替换地，可以通过使用甚至短于光源脉冲宽度T2的光源脉冲宽度T3来控制光源5210。因此，反射光的亮度可以被控制在反射光5602的1/4单位(如图12左端所示)。

通过减少可控的光量，控制不同脉冲宽度的光源5210的脉冲发射，可以获得反射光5602的精确控制，达到1/3单位或1/4单位的量。通过镜面4003的反射光5602的亮度改变量，可以灵活控制脉冲宽度。总的来说，当空间光调制器5100的镜面4003处于振荡态时，可以获得可控光的最小量。

如下是对以提高颜色表达自由度为目的的典型实施例的描述。通过控制光源5210的脉冲发射投影，而不改变输入数字视频信号5700，可以改善投影图像获得色温和色平衡。

步骤1：显示为输入数字视频数据5700、作为控制字输入到SLM控制器5530的控制信号被分成R、G和B数据片段，后面用“RGB数据”表示。

步骤2：SLM控制器5530进一步将RGB数据分成大量片段，如5-位灰度的输入数据分成31个片段；7-位灰度的输入数据分成127个片段。图13进一步显示了镜面开/关控制图形8021。

步骤3：SLM控制器5530处理根据R、G和B颜色分成子字段的RGB数据，按照R、G和B的顺序重新排列这些子字段，产生一帧控制信号(数据)(即图13所示镜面开/关控制图形8021a)来控制空间光调制器5100。

步骤4：SLM控制器5530为光源5210产生控制信号，即图13所示光源脉冲图形8011。输入到光源的光源脉冲图形8011因此控制所有红色激光光源5211、绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213，来分别为各子字段发射R、G和B颜色。

进一步地，SLM控制器5530产生光源脉冲图形8011来为每一子字段内的图像显示增加主要颜色的光源发射时间长度，减少剩余颜色的光源发射时间长度。举例而言，为了显示图13所示子字段的光源脉冲图形8011的红色(R)，将产生光源脉冲图形8011来相对作为主要颜色的红色光源开启时间TR(如脉冲宽度)缩短绿色光源开启时间TG(如脉冲宽度)和蓝色光源开启时间TB(如脉冲宽度)。

进一步地，该典型实施例提供了控制红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB的可控时间长度。这些可控的时间长度分别为主要颜色(在该例中极为红色)和其他颜色光源的发射时间长度，都在镜面稳定开态时间Tnet内被设定。除了主要颜色，时间长度受控为小于空间光调制器5100中镜面4003的控制单位时间(即镜面开态时间T0)。每种颜色的这些子字段根据要求，在子帧的显示时段中受控顺序发射各颜色R、G和B、或R、G和B中的两种颜色。

图13显示一典型实施例，其中R、G和B顺序发射，在镜面稳定开态时间Tnet中，红色光源的长度是开启时间TR绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB的两倍。

步骤5：SLM控制器5530接收和使用与光源轮廓控制信号5800对应的光源脉冲图形8011，以控制光源5210，同时使用空间光调制器5100的上述控制信号(数据)控制空间光调制器5100。

通过该控制过程，用使用输入数字视频数据5700的颜色轮换方法实现了对投影装置5010的控制，使用颜色轮换显示方法，投影光学系统5400实现了在屏幕5900上的彩色视频图像投影。

[本实施例的效果1]

本实施例的具体优势总结和讨论如下。通过使用穿过投影光学系统5400、投影到屏幕5900上的投影光5603，改变子帧中显示时间发射的R、G和B各色光时间长度(即红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB)的比例可以获得彩色视频图像需要的色平衡。不需要改变空间光调制器5100的控制信号(数据)就获得了色平衡。

图14为阐述在显示子帧的时间内，开启相对绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB、作为主要颜色的红色光源的典型时间长度TR的时钟图。简化起见，图14在镜面稳定开态时间Tnet的一个发射周期中描述RGB顺序开启次数。根据图14，镜面稳定开启时间Tnet内每种颜色的开启时间长度，即红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB的比例T设定为常数。

可替换地，红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB可以分别设定为预定时间长度。

进一步地，红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB可以分别受控，作为可灵活调整的时间长度。或者，通过适当地改变红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB的比例，可以进一步调整色平衡。具体而言，红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB的改变比例等于色度图(此处未在图中画出)上对应颜色的改变。通过恰当地改变红色光源开启时间TR、绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB的比例所获得的投影光5603，该图像投影装置使控制系统控制屏幕5900上显示的彩色视频图像的色温。

[本实施例的效果2]

根据上述图13所示光源脉冲图形8011，在一种主要颜色(该例中即红色)显示时段中，可以通过控制绿色光源开启时间TG和蓝色光源开启时间TB与红色光源开启时间TR交叠来增加亮度。

图15是阐述亮度改善原理的时钟图。简化起见，与上述图14类似，图15在镜面稳定开态时间Tnet的一个发射周期中描述RGB顺序开启次数。

具体而言，在镜面稳定开态时间Tnet内控制绿色光源开启时间TG(即白光/绿色组分TWG)和蓝色光源开启时间TB(即白光/蓝色组分TWB)与主要红色光源开启时间TR相交叠。这些颜色与红色光源开启时间TR中含有的白光/红色组分TWR合成，因而产生白色组分来部分增强投影图像的亮度。

图15因此阐述了通过在镜面4003的开/关控制中增加白色组分对亮度的增强亮度。亮度的增强也可以通过结合图16所示镜面4003的开/关控制及其振荡控制来获得。

具体而言，图16描述了通过结合其他白光/绿色组分TWG和白光/蓝色组分TWB来增加白光组分的光源脉冲图形8012。根据包含镜面开/关控制图形8021和镜面振荡控制图形8022的镜面控制信号图形8020结合开/关控制和振荡控制来控制镜面4003可以达到上述效果。

具体而言，图16阐述了用于控制白光/绿色组分TWG和白光/蓝色组分TWB在对应镜面开/关控制图形8021的开/关控制时段内与主要红色光源开启时间TR相交叠的光源脉冲图形8012。白光/红色组分TWR与同时在镜面振荡控制图形8022的时间中投影的两种颜色组分亮度平衡。

图17描述了使用3位开启控制和3位振荡控制来以每种颜色6位灰度的方式显示数字视频图像数据(即输入数字视频数据5700)的6位灰度控制过程。

在对应镜面开/关控制图形8021的显示视频图像一帧的显示时段中的七个开启时段内，每种颜色有三位数据控制镜面4003工作在开态。具体而言，每一开启时段内，根据各开启时段的输入数据，镜面投影等于各色高三位的LSB的亮度。在每种颜色的开启时段，各颜色R、G和B的红色激光光源5211、绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213多次脉冲发射，镜面4003反复工作在开态(在该构造中即为两次)，其中脉冲发射的时间比开态时间短。各颜色脉冲发射的比例设置为镜面4003反射后显示的主要颜色为最大比例，其中镜面4003同步受控处于开态。在不同颜色的开启时间后，镜面振荡控制图形8022控制镜面工作在一个振荡态中，主要颜色(即红色)的脉冲发射(即白光/红色组分TWR)在一帧的起始处被投影，如图17所示，其中该主要颜色在前一开启时间中显示。最后周期中的主要颜色显示时间较短(即第二时间长度)，短于振荡时间长度(即镜面振荡时间Tosc；第一时间长度)。

该控制过程导致投影的白色组分是对应振荡态的脉冲发射(即白光/红色组分TWR)和两种颜色(即绿色和蓝色)的脉冲发射(即白光/绿色组分TWG和白光/蓝色组分TWB)之和。投影光的亮度高于前一开态时间中发射的主要颜色，因此增加了视频图像的亮度。在镜面4003受控工作在开态后，在一帧的显示时段，镜面根据各颜色的3位数据，受控工作于振荡态，即7次振荡。

具体而言，每一振荡时段中，亮度因此等于输入数据中每种颜色的低三位的LSB。在每一振荡控制中，R、G和B每种颜色的激光光源的脉冲投影在短于每一振荡时间长度(即镜面振荡时间Tosc)内投影到镜面4003。

上述控制过程在一帧的显示时间中为每种颜色使用了6位灰度显示控制。

同时，图18为光源脉冲图形8012和镜面控制信号图形8020的时钟图，它们用3位开启控制和3位振荡控制来以每种颜色6位灰度的方式显示输入数字视频数据5700的6位灰度显示控制。具体而言，空间光调制器5100用镜面开/关控制图形8021来实现镜面开启时间控制，其中每种各使用3位开启时间。因此，在显示视频图像一帧的显示时段中，每种颜色有7个开启时间。具体而言，在这样的控制过程下，每一开启时段中，亮度等于输入数字视频数据5700中每种颜色的高三位的LSB。

在每一开启时段中，来自R、G和B各颜色的红色激光光源5211、绿色激光光源5212和蓝色激光光源5213的脉冲投影根据镜面开/关控制图形8021，多次将光束投影至镜面4003，在图18所示范例中即为2次。此开启时间长度较短(即镜面稳定开启时间Tnet)，短于镜面的开启时间。通过控制镜面4003工作在开态，将投影不同颜色的脉冲宽度的比例设置为镜面4003反射后显示的主要颜色的脉冲宽度最大。

在对应不同颜色的开/关控制图形8021的开启时间后，根据镜面振荡控制图形8022，控制镜面工作在一个振荡态中。前一开启时间中显示的主要颜色(在图18的上部示例中即红色)的脉冲宽度设置为短于振荡时间长度(即镜面振荡时间Tosc)。

通过调整对应振荡的每种颜色(即白光/红色组分TWR)的脉冲宽度比例，可以调整显示视频图像的色平衡。通过在前一开启时间发射的主要颜色以外，考虑另外两种颜色，即G和B，或两种颜色的白光/绿色组分TWG和白光/蓝色组分TWB的脉冲宽度，可以进一步调整色平衡。接下来，镜面受控工作在开态，在一帧的显示时段，根据各颜色的3位振荡控制信号，镜面4004受控工作于振荡态，即7次振荡。因此，各振荡时段中，亮度等于根据输入数据中每种颜色低三位的LSB得到的亮度。

镜面工作在振荡态时，在各时段中，镜面4003多次(该例中为一次)受到R、G和B三种颜色激光光源的脉冲发射(即白光/蓝色组分TWB、白光/红色组分TWR和白光/绿色组分TWG和)的照射。每种颜色脉冲发射投影的时间短于各振荡时间长度。

通过控制镜面4003工作在振荡态，设置投影不同颜色的脉冲发射的比例为主要颜色的光投射最大。镜面的脉冲发射控制为与振荡态的中心时间重合。通过调整R、G和B色光的反射光亮度比例和振荡时段中反射的亮度，可以调整显示视频图像的色平衡。在每种颜色使用的6位灰度显示以外，上述控制过程在一帧的显示时间中允许对显示视频图像色平衡的灵活调整。

<实施例2>

如上所述，图像投影装置使用了空间光调制器5100作为镜面器件。根据本实施例，配置镜面器件来实现不同于传统显示装置，如阴极射线管(CRT)的线性灰度显示。

因此，图19阐述了伽马修正；在传输源(即图像显示实现的地方)处将输入数据γ曲线7700a施加到输入数字视频数据5700。如图19，假定在CRT上显示，投影装置需要含有除CRT外的显示器件来储存灰度显示原始状态的特性(例如：用来实现输入数字信号和亮度信号的线性转换的转换直线7700L)。这通过修正的方式来实现，如伽马修正曲线7700b、或根据投影装置5010、5020、5030和5040不同特性的各种伽马修正。

在这种情况下，传统显示装置中执行的关于输入数字视频数据5700的数学运算，导致控制单元5500的电路规模增大，提高了生产成本。

本实施例的配置使上述视频图像分析单元5550能够将可调光源5210发出的照明光的发射图形改变成上述伽马修正光强变量7800a的轮廓，以与上述伽马修正曲线7700b相对应，如图20所述。因此，不需要对输入数字视频数据5700进行数学运算，通过消除传输源处输入数据γ曲线7700a的影响，可以获得转换直线7700L所指线性灰度显示。

注意：该构造不仅可以通过消除输入数据γ曲线7700a的影响储存线性数据，还可以在一帧中有意和非线性地改变可调光源5210的发射强度，如下所述。这确保了各种各样和高精度的灰度显示，超出可调光源空间光调制器5100原本的灰度等级。

例如，视频图像输出(即输入数字视频数据5700)包含各种各样的场景，如暗的场景、亮的场景、总体灰蓝的场景和总体淡红的场景，如日落。基于本实施例的投影装置构造成能够为每个场景优化地控制可调光源5210发射输出的灰度(控制实际上发生在很多帧内)，因此可以获得比传统方法更高质量的视频图像。

当通过上述暂时改变可调光源5210的发射强度的方式实现输入数字视频数据5700(即输入数据γ曲线7700a)的伽马修正时，如果镜面5112的开/关控制在脉冲宽度调制(PWM)中实现，很难精确控制可调光源5210的发射，其中PWM使用可调光源的输入数字视频数据5700中的二进制数7704实现。

因此，根据本实施例，SLM控制器的构造是能够使用图21和22所示由二进制数7704转换而成的非二进制数来实现镜面5112的开/关控制。

图21阐述了：)由如包含“10101010”8位数据的二进制数7704产生的非二进制数7705(每一数字权重相同的位串)。2.)镜面5112仅在位串连续时开启。

注意，图21阐述了：1.)非二进制数据7705的转换，使一帧的显示时间中压缩该位串；2.)在与从帧显示时段起始开始的位串数一致的预定时间中开启镜面5112。

进一步地，图22阐述了二进制数据7704(图21中所示)反向转换到非二进制数据7705的情况。在这种情况下，镜面5112只在对应帧显示时段中间到末尾的位串数的时段内开启。

当镜面5112的开/关由上述非二进制数7705控制时，镜面5112的开启时间变得连续，因此，可以更容易地获得与上述开启时段同步的可调光源5210的发射强度控制。

图23阐述了：1.)8位非二进制数7705的亮度的分步输入，如分成四步，即64、128、192和255，如图23上几行所示。2.)如图下面一行所示，通过可调光源5210的输出强度的四步控制获得的伽马修正曲线7700c，其中四步控制与前面提到的每一阶段对应，如图片中间一行光源脉冲图形所示。

简化起见，图23只阐述了四步控制过程，进一步将非二进制数7705分组则能够获得比伽马修正7700c更平滑的曲线。

注意：图23的示例显示，伽马修正曲线7700c的修正量比转换直线7700L少。相应地，可以控制可调光源5210的发射图形使伽马修正曲线7700d更接近上述转换直线7700L(如图24底部所示)。其实现方式为将光源脉冲的发射强度朝一帧的显示时段尾部，从发射光强H0增加到发射光强H1，如图24光源脉冲图形7802所示。

图23和24描述了通过维持可调光源5210的同时改变发射强度的方法实现的伽马修正，如光源脉冲图形7801和7802所示，该方法能够持续发光。也可以通过间歇脉冲发射的方式实现该控制。

图25A描述了通过前面提到的间歇脉冲发射的方式实现的控制。图25A所述光源脉冲图形7803产生具有发射脉冲宽度为tp的发射脉冲。这在发射脉冲间隔ti的间隙中完成，通过组建减小一帧西安市时段起点和末尾的发射脉冲间隔ti，每单位时间内的发射脉冲数增加，因而获得了与上述连续光源脉冲图形7801和7802类似的效果。

进一步地，光源脉冲图形7804展示了一帧显示时段起点和末尾之间发射脉冲宽度tp的逐渐增加。

光源脉冲图形7805展示了发射脉冲间隔ti的逐渐减小和一帧显示时段起点和末尾之间发射脉冲宽度tp的逐渐增加。

进一步地，光源脉冲图形7806展示了一帧显示时段起点和末尾之间发射脉冲宽度tp和发射光强H2的逐渐增加。

如图25A所示光源脉冲图形7803、7804、7805和7806，通过改变一帧内的发射脉冲宽度tp和发射光强H2，可调光源5210的驱动频率峰值分散开来，从而抑制了来自可调光源5210的电磁噪声。

下面参考图25B、25C、25D和25E，展示了可调光源5210的脉冲发射调制的典型优化。该典型优化显示了可调光源5210脉冲发射的调制状态的运转，其方式的不同在于依赖于每一像素亮度数据的数量级，即一帧中镜面5112开启时间的长度。如图25B所示，该优化使用了包含各发射脉冲的发射脉冲组7811a的重复阵列的脉冲发射图形7811，其中各发射脉冲即一帧中可调光源5210发射的R(红光)、G(绿光)和B(蓝光)的发射脉冲宽度R-tp、G-tp和B-tp。

如图25B显示了在构成脉冲发射图形7811的多个发射脉冲组7811a中，各发射脉冲R、G和B的发射脉冲宽度R-tp、G-tp和B-tp平均设置的发射脉冲。该光源也受控从每一发射脉冲组7811a的一帧显示时段起点到末尾逐渐减小脉冲宽度。进一步地，发射光强H10在每一发射脉冲组7811a的一帧中为常量。如图25B所示脉冲发射图形7812显示的例子中，设定发射光强H10为常量，每一发射脉冲组7812a内发射脉冲宽度R-tp、G-tp和B-tp为不同值，因此改变了R、G和B光强的比例，确切地说，改变了色平衡。

进一步地，如图25D所示脉冲发射图形7813显示的例子中，设定一帧中每一发射脉冲组7813a内发射脉冲宽度R-tp、G-tp和B-tp的比例为常量，从帧的起始到末尾逐渐增加发射光强H10。如图25E所示脉冲发射图形7814改变，使每一发射脉冲组7814a内R、G和B各脉冲发射的发射光强H11、H12和H14各不相同。

图25B至图25E所示脉冲发射的时序根据一帧内镜面5112处于开态的时间，即亮度数据非二进制数7705的数量级，逐一区分R、G和B的比例。因此，色平衡是根据每一像素的亮度来控制的。这意味着当让一任意像素为如红色的颜色时，根据该像素的亮度，可以得到改变红色调的控制。

因此，光源可以以这样的方式自由地控制色调，因此，举例而言，黑色(即最小亮度)将会显示得更黑；白色(即最大量度)将会变成，如浅蓝色。同时，据我们所知，人眼的光谱能效根据光的亮度和颜色而不同，因此，本实施例的构造考虑到人眼的视觉，可以根据亮度来改变色平衡，获得最优的色平衡，从而获得人眼的最佳光谱能效。

图26A和图26B阐述了通过光源脉冲图形7807修正较低亮度一侧，更有效地实现伽马修正的伽马修正曲线7700e。

图26A所示光源脉冲图像7807控制可调光源5210的发射图形，产生多个发射脉冲。这些脉冲的发射脉冲宽度tp为常量，在显示时段的起始端(即较低密度端)发射脉冲间隔较小，朝显示时段末端随脉冲数目逐渐减小(确切地说，发射脉冲间隔ti逐渐增加)。该控制过程可以获得凹向转换直线7700L左上方向的伽马修正曲线7700e，相应地，如图26B所示，该曲线在较低亮度一侧提供了有效的修正。

图27A和27B阐述了考虑到人类视觉的伽马修正。这是通过使用光源脉冲图形7808控制可调光源5210来实现的。

人眼对低亮度和高亮度的中间-范围高度敏感。因此，通过使用光源脉冲图形7808控制可调光源5210来的伽马修正：1)导致脉冲发射的发射脉冲宽度tp相同，在一帧显示时段的中心处有较小的脉冲间隔ti；2)如图27A所示，朝一端逐渐减小发射脉冲密度。

该控制使用伽马修正曲线7700f达到了伽马修正，其中伽马修正曲线7700f在低亮度一侧小于转换直线7700L，在高亮度一侧大于转换直线7700L，因此可以获得经调制的清晰投影图像，即在低亮度一侧更暗，在高亮度一侧更亮。

注意：本专利申请已描述了本发明的具体优选实施例。然而，可以在本发明的范围和概念内对这些实施例进行各种优化和改变。因此，本专利申请和图片应该理解为具体实施例，而不受限于这些特定的描述。

本发明提供了一种技术，能够获得光强的精确调制，而不受镜面开/关调制中开态和关态之间转换态的影响。

本发明还提供了一种技术，能够控制光强的调制，而不受镜面倾斜控制速度的影响。

本发明进一步提供了一种技术，控制调制色温和色平衡，而不需要改变输入视频信号。

虽然目前已经通过上述优选实施例描述了本发明，但应该明白这种说明并不局限于以上表述。熟读上述详细介绍并熟练掌握这一技巧的人肯定会想到许多种对装置的变动和更改。因此，我们的目的是要让附加声明能涵盖一切体现本发明思想、属于本发明范围的变动与更改。

Claims

1.一个显示装置，包括：

一个光源；

至少一个用于调制从光源发射的光通量的空间光调制器；和

一个用于处理输入视频图像信息来控制光源及空间光调制器的控制器，该控制器控制光源和空间光调制器，使投影脉冲发射的脉冲宽度短于空间光调制器的调制状态时间。

2.根据权利要求1所述显示装置，其中：

空间光调制器的调制状态时间为控制器根据视频图像数据可控的最短时间长度。

3.根据权利要求2所述显示装置，其中：

控制器可控的最短时间长度为基于视频图像数据最小单元、用于控制空间光调制器亮度范围的最小时间段。

4.根据权利要求1所述显示装置，其中：

光源包含一个发光二极管(LED)或激光光源。

5.根据权利要求1所述显示装置，其中：

对应从控制器收到的控制信号，空间光调制器受控工作在多个调制状态。

6.根据权利要求1所述显示装置，进一步包括：

一个投影仪，其中

空间光调制器进一步包括一个由大量微镜组成的镜面器件，同时

该投影仪投影经镜面器件反射和调制的光线。

7.根据权利要求6所述显示装置，其中：

空间光调制器受从控制器接收的控制信号控制，处于开态，将光源发射的光通量引导至投影仪，或处于关态，将光源发出的光通量引导至投影仪以外，或处于开态和关态之间的调制状态。

8.根据权利要求7所述显示装置，其中：

脉冲发射周期与微镜处于振荡态的振荡周期几乎相同。

9.根据权利要求7所述显示装置，其中：

脉冲发射的脉冲宽度与微镜处于振荡态的振荡周期的n倍几乎相同，其中“n”为正整数。

10.根据权利要求1所述显示装置，其中：

当空间光调制器的大量像素处于关态时，光源停止脉冲发射。

11.根据权利要求1所述显示装置，其中：

在空间光调制器受控处于调制态期间，光源发射大量脉冲发射。

12.根据权利要求1所述显示装置，其中：

当空间光调制器工作在调制状态以改变显示图像光强时，控制器控制从光源发出的大量脉冲发射的脉冲宽度。

13.根据权利要求1所述显示装置，其中：

当空间光调制器工作在调制状态以改变显示图像光强时，控制器控制大量脉冲发射，以从光源发出不同脉冲强度。

14.根据权利要求1所述显示装置，其中：

当空间光调制器工作在调制状态以改变显示图像光强时，控制器控制周期数量，以从光源发出上述大量脉冲发射。

15.根据权利要求1所述显示装置，其中：

当空间光调制器工作在调制状态以改变显示图像光强时，控制器在视频图像的一帧、或上述视频图像的子帧内，控制上述大量来自光源、具有不同脉冲宽度的脉冲发射。

16.根据权利要求1所述显示装置，其中：

当空间光调制器工作在调制状态以改变显示图像光强时，控制器在视频图像的一帧、或上述视频图像的子帧内，控制上述大量来自光源、具有不同强度的脉冲发射。

17.根据权利要求1所述显示装置，其中：

当空间光调制器工作在调制状态以改变显示图像光强时，控制器在视频图像的一帧、或上述视频图像的子帧内，控制周期数，以从光源发射上述大量脉冲发射。

18.根据权利要求1所述显示装置，其中：

控制器控制上述光源，在至少部分由上述空间光调制器控制的调制状态之间的转换时间内投影上述脉冲发射。

19.根据权利要求1所述显示装置，其中：

控制器将输入的二进制视频信号转换为非二进制视频信号，同时

空间光调制器使用非二进制信号来控制空间光调制器的调制操作。

20.一个显示装置，包括：

一个或多个光源，用于发射具有多种颜色的一个或多个光通量；

多个空间光调制器，用于调制从光源发射的含有多种颜色的光通量；和

一个控制器，用于处理输入视频图像数据，控制光源和空间光调制器，其中

该控制器使用输入视频图像数据来产生多种颜色的视频信号，该控制器进一步在短于空间光调制器的调制状态时间内，控制至少两种颜色的光源发射颜色序列脉冲发射。

21.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源，使它在短于调制状态下空间光调制器周期的周期中实现多色光源所有颜色的序列脉冲发射。

22.根据权利要求20所述显示装置，其中：

23.根据权利要求20所述显示装置，其中：

24.根据权利要求20所述显示装置，其中：

光源包含一个发光二极管(LED)或激光光源。

25.根据权利要求20所述显示装置，其中：

26.根据权利要求20所述显示装置，进一步包括：

一个投影仪，其中

该投影仪投影经镜面器件反射和调制的光线。

27.根据权利要求26所述显示装置，其中：

28.根据权利要求26所述显示装置，其中：

控制器控制光源发射至少一种或两种颜色的脉冲发射，各自的周期与处于振荡态的微镜的振荡周期几乎相同。

29.根据权利要求26所述显示装置，其中：

控制器控制光源发射至少一种或至少两种颜色的脉冲发射，各自的周期与处于振荡态的微镜的振荡周期的n倍几乎相同，其中“n”为正整数。

30.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源发射脉冲发射，其中含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度与实现空间光调制器调制的周期成特定比例。

31.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源发射脉冲发射，其中含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度为预置值。

32.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源发射脉冲发射，其中含至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度可以选择性的调整。

33.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源改变含有至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的脉冲宽度，以调整显示图像的色平衡。

34.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源选择性地任意调整和改变含有至少两种颜色的光源的彩色序列发射的脉冲发射的周期。

35.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源改变含有至少两种颜色的光源的彩色序列发射单个脉冲发射的周期，以调整和改变显示图像的色平衡。

36.根据权利要求20所述显示装置，其中：

控制器控制光源改变含有至少两种颜色的光源的脉冲发射的周期来增加显示视频图像的亮度，以增加一幅显示图像中合成色的组分。

37.根据权利要求20所述显示装置，其中：

光源进一步发射至少三种颜色的序列发射，上述光源进一步控制和调整各色脉冲发射的脉冲宽度，以增加一幅显示图像中的白色组分，因此提高了它的亮度。

38.一个显示装置，包含多个空间光调制器、一个用于照亮空间光调制器的照明器、一个用于投影空间光调制器的投影仪，其中：

该照明器包括

该控制器控制光源脉冲发射的调制，其中

该控制器控制光源，发射具有多种颜色的彩色序列光光通量，同时改变一个或多个光源的脉冲发射的宽度或强度比例，从而为构成视频图像的每一帧或子帧产生具有不同颜色的照明光。