CN1431831A - 显示系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够以低成本升高空间光调制器响应速度的限制和脉宽调制信号传输速率的显示系统，此显示系统包括：一个用于对来自光源的白光进行顺序地分色的颜色切换装置；一个空间光调制器，该空间光调制器被来自颜色切换滤色器单元的多色素的光照亮并且产生各色素的图像光；以及一个亮度切换滤光器单元用于对由颜色切换滤色器单元分离的多个色素的各个光进行三个或多个亮度等级的切换。

Description

显示系统
技术领域
本发明涉及一种通过光调制(空间光调制)由顺序地分色获得的不同色素的光来产生彩色图象的显示系统，并且更特别地，涉及一种采用脉宽调制来进行光调制的显示系统。
背景技术
脉宽调制显示系统通常装备空间光调制器，该调制器通过部分反射或透射来自光源的光来产生图象光，并且顺序地将调制器产生的图象光投射到一个屏幕上来显示图象。该空间光调制器根据来自外部装置诸如个人电脑或视频设备的输入图象信号产生图像光。显示在屏幕上的图象的对比度通常通过调制执行所述调制器开/关控制的信号的脉宽来确定的。
在公开号为No.HEI10-78550的日本专利申请中描述了脉宽调制显示系统的一个例子。常规的显示系统通过调制已经经过顺序地分色的不同色素的光来获得彩色图象。
图1是展示常规显示系统结构的方框图。参照图1，显示系统包括一个光源1，一个颜色切换滤色器单元31用于顺序地对来自光源的白光进行分色，一个空间光调制器2用于顺序地接收通过顺序地分色获得的不同色素的光并且通过在规定的方向上部分地反射输入光来产生色素的图像光，一个投射透镜3用于将由空间光调制器2产生的色素的图象光顺序地投射到屏幕4上，以及一个驱动电路51用于根据从外部(例如个人电脑)发送的图象信号101和帧同步信号102同步驱动空间光调制器2和颜色切换滤色器单元31。
该空间光调制器2的例子包括一个由大量倾斜角度可调的微反光镜组成的数字微反光镜设备(DMD)。每个DMD的微反光镜对应于显示在屏幕4上的图象的每一个图象元素(象素)。任何图象都可以通过控制每个微反光镜的角度来显示。更具体地，每个微反光镜都被选择调整在用于在避开投射透镜3的方向上反射光的第一角度上或用于将光反射到投射透镜3的第二角度上，因此在屏幕4上产生想要的图象。对微反光镜的角度控制是根据驱动电路51供给的调制信号103来执行的。
该颜色切换滤色器单元31包括一个装备多个滤色器(红、绿、蓝)的彩色盘41，该滤色器具有不同的光谱透射率并且依次地设置在圆周的方向上，一个马达11支撑彩色盘41的中心并且在规定的方向转动彩色盘41，一对元件(光发射元件12和光接收元件13)相对地放置在彩色盘41的两侧，以及一个彩色盘控制单元81用于控制马达11的旋转。
彩色盘控制电路81从光接收元件13接收一个彩色盘相位信号112并且从驱动电路51接收一个颜色切换控制信号104，并且向马达11发送一个马达控制信号111。彩色盘相位信号112包括关于彩色盘41旋转周期的信息。该信息来源于光发射元件12通过在彩色盘41的规定位置上制作的一个孔向光接收元件13发射的光的接收的定时。
从外部供给的图象信号101(视频信号)由关于各个颜色红、绿和蓝(包括亮度信号)的图象信号组成，该图象信号对于每帧被顺序地输出。此外，根据帧同步信号102来执行帧同步。调制信号103是一个根据图象信号101(颜色R、G和B的图象信号)来控制空间光调制器2的微反光镜的角度的信号。即，各个微反光镜根据调制信号103被设置在第一角度和第二角度。颜色切换控制信号104控制滤色器(R，G，B)切换来通过彩色盘41执行分色。滤色器可以根据帧同步信号102与图象信号101的转换同步定时切换，滤色器切换是通过在光径上旋转彩色盘41来实现的。
下面，上述常规显示系统的图象显示操作将通过举例将图象信号(R，G，B)101输入到驱动电路51来说明。
从光源1发射的光进入颜色切换滤色器单元31。当图象信号(红)101此时被输入时，驱动电路51响应信号(R)101控制对应于各象素的微反光镜的角度。具体地，驱动电路51将调制信号103提供给空间光调制器2来切换各个微反光镜的角度到第一角度(此时微反光镜反射光使其避开投射透镜3)或第二角度(此时微反光镜向着投射透镜3反射光)。
此外，驱动电路51根据帧同步信号102与微反光镜(在空间光调制器2中的空间光调制)的角度控制同步切换彩色盘41的滤色器。更具体地，驱动电路51将颜色切换控制信号104提供给彩色盘控制电路81以便当输入图象信号(R)101时将设置在光径上的滤色器切换成滤色器(R)。彩色盘控制电路81根据颜色切换控制信号104和从光接收元件13接收的彩色盘相位信号112向马达11发送马达控制信号111。马达11响应马达控制信号111旋转彩色盘41以便使从光源1发射的光进入滤色器(R)。
进入滤色器(R)的光通过滤色器(R)透射并且变成光(R)。光(R)然后进入空间光调制器2。光调制器2空间光调制光(R)来产生图象光(R)，图象光(R)通过投射透镜3被投射到屏幕4上。
接下来，输入图象信号(绿)101，对于此信号驱动电路51根据图象信号(G)101为空间光调制器2提供调制信号103来执行微反光镜的角度控制。此时，驱动电路51为彩色盘控制电路81提供颜色切换控制信号104来将彩色盘41的滤色器切换成滤色器(G)，彩色盘控制电路81根据颜色切换控制信号104和从光接收元件13接收的彩色盘相位信号112向马达11发送马达控制信号111。马达11响应马达控制信号111旋转彩色盘41以便使从光源1发射的光进入滤色器(G)。
进入滤色器(G)的光通过滤色器(G)透射并且变成光(G)。光(G)然后进入空间光调制器2。光调制器2空间光调制光(G)来产生图象光(G)。图象光(G)通过发射透镜3被投射到屏幕4上。
此后，输入图象信号(蓝)101。对于此信号驱动电路51根据图象信号(B)101为空间光调制器2提供调制信号103来执行微反光镜的角度控制。此时，驱动电路51为彩色盘控制电路81提供颜色切换控制信号104来将彩色盘41的滤色器切换成滤色器(B)。彩色盘控制电路81根据颜色控制信号104和从光接收元件13接收的彩色盘相位信号112向马达11发送马达控制信号111。马达11响应马达控制信号111来旋转彩色盘41以便使从光源1发射的光进入滤色器(B)。
进入滤色器(B)的通过滤色器(B)透射并且变成光(B)。光(B)然后进入空间光调制器2，光调制器2空间光调制光(B)来产生图象光(B)。图象光(B)通过投射透镜3被投射到屏幕4上。
这些操作的结果是图象光R，G和B在屏幕上被顺序地投射成一个放大的尺寸。图象光(R，G，B)的切换对人眼不利。因此由图象光(R，G，B)的各个颜色显示的图象被瞬时叠加，并且因此被识别为一个在人感觉上的彩色图象。显示在屏幕4上的彩色图象的对比度可以通过调制控制空间光调制器2操作的调制信号103的脉宽来任意地调节。
下面，将描述常规显示系统的驱动电路51和彩色盘控制电路81的具体结构。
图2是显示彩色盘控制电路81的一个结构例的方框图。彩色盘控制电路81接收来自驱动电路51的颜色切换控制信号和来自光接收元件13的彩色盘相位信号作为其输入信号。彩色盘控制电路81包括一个频相比较器83用于比较输入信号的频相来输出一个误差信号，以及一个放大器84用于放大从频相比较器83输出的误差信号来输出放大信号作为马达控制信号111。
图3是显示驱动电路51的一个结构例的方框图。驱动电路51具有一个脉宽调制电路和一个颜色切换控制电路68。脉宽调制电路由一个存储器电路61、一个写控制电路63、读控制电路64和一个颜色切换定时信息表65组成。
颜色切换定时信息表65包括表示用于在彩色盘41的滤色器中进行切换的定时的信息。颜色切换控制电路68与图1所示的用于在颜色切换滤色器单元31中切换颜色的帧同步信号同步输出颜色切换控制信号104。
从外部输入的图象信号101被一次写进存储器电路61。必需的数据从存储器电路61中读出并且送到空间光调制器2作为调制信号103。写控制电路63控制将图象信号101写进存储器电路61的操作。根据帧同步信号102确定写操作的定时。读控制电路64控制从存储器电路61读出必需的数据的操作。根据来自帧同步信号102的在彩色盘41中的颜色切换定时和颜色切换定时信息表65来确定读操作的定时。
在上面描述的常规显示系统中，空间光调制器2根据调制信号103控制在逐个象素的基础上开/关状态之间的切换。光在开状态中被传送到投射透镜3上，而在关状态中不被传送到投射透镜3上。产生的图象由于开状态的连续变长而变得更亮。在脉宽调制中，图象信号利用这种方式表示对比度。能够进行此脉宽调制的空间光调制器2的实例除了DMD，还包括表面稳定的铁电液晶显示器等。
下面将更详细地描述脉宽调制。
假设举例中使用8位来定义输入图象信号101中的各个R，G，B颜色的对比度。图4是显示图象信号101的每帧数据结构的原理图用于解释在常规显示系统中的脉宽调制。
图象信号101的一个帧按时间分成数据R，G和B部分。各个数据R，G和B由时隙1-255组成，时隙255被分配给第0位，并且相应地，其它时隙如下被分配给相应的位：时隙254和253分配给第1位，时隙252到249分配给第2位，时隙248到241分配给第3位，时隙240到225分配给第4位，时隙224到193分配给第5位，时隙192到129分配给第6位以及时隙128到1分配给第7位。
时间(时隙)以比率27∶26∶...21∶20被分配给对应的第7位(最高位：MSB)，第6位，...，第1位，第0位(最低位：LSB)。倘若时间T被分配给第0位，时间128T，64T，...，4T，2T被分别分配给第7位，第6位，...，第2位，第1位。此外，当输入图象信号101表示255，254，...，2，1和0的对比度等级时，对应于各个对比度等级的开状态的期间分别是255T，254T，...，2T，1T和0。
位分配信息表示上述对每个位的时间分配，并且通常以位分配信息表的形式提前准备。空间光调制器2的开/关控制根据位分配信息表进行。例如，在为一个象素表示130的对比度等级的情况下，空间光调整器2控制关于该象素的光以便使光在第7位(128单位时间)和第1位(2单位时间)的时域内达到屏幕上，而不会在其它的第6位到第2位的时域内达到屏幕上。
然而，常规显示系统具有下述问题。
假设例如在这样的情况下：使用一个具有三种颜色R，G和B的滤色器的彩色盘顺序地对白光进行分色，彩色盘以60Hz的速度旋转并且使用8位来定义各个颜色的对比度。在这种情况下，在脉宽调制器中的最小切换定时低于22微秒，需要使用响应速度比最小切换定时快的空间光调制器。另外，当增加彩色盘的转速或颜色数量，或者升高对比度等级时最小切换定时将变得更短，结果，空间光调制器需要更高的响应速度。然而，调制器的响应速度是有一定的限制的。因此脉宽调制中的最小切换定时由于调制器的响应速度而受到限制，并且难于增加超出一定水平的位的数量。顺便说一下，当最小切换定时的设定超过调制器响应速度时，由LSB显示的图象的亮度变得更低，从而导致在低亮度区内的图象质量的劣化。
此外，倘若空间光调制器支持1024×768象素，传输给调制器的脉宽调制信号的最大速率非常高，达到每64位宽度564MHz(＝60Hz×3×255×1024×768/64)。由于较高的信号频率产生较高水平的噪音，因此外部电路容易发生故障，并且进一步增加能量消耗。
因此，已经研究了一种具有低速率脉宽调制信号传输的显示系统，其中在维持系统的性能的同时使用了一个具有低响应速度的空间光调制器，下面将举例描述公开号为No.HEI9-149350的日本专利申请中描述的显示系统。
图5是使用在上述系统中的彩色盘的原理图。彩色盘装备多个具有不同光谱透射特性的滤色器(R，G，B)，滤色器在圆周方向以规定的角度(间隔角：120°)被依次地设置。滤色器B在距与滤色器G的接口一定角度范围内设有低密度段34或密度(亮度)滤色器B+NDF。与滤色器B的其它面积32相比，在低密度段34上的光的透射被降低，滤色器R和G类似地分别装备低密度段R+NDF和G+NDF。
在该系统中，来自光源的白光通过在光径中旋转彩色盘被顺序地分成彩色光R，G和B。此后，彩色光照亮作为空间光调制器的DMD，并且来自DMD的图象光R，G和B被顺序地叠加到屏幕上。因此，彩色图象与如图1中描述的系统的同样的方式产生。由于彩色盘的各个滤色器R，G和B装备了低密度段，彩色光R，G和B的亮度在这些段中降低，因此，当在图象信号的低位的时域内对光进行开/关切换时，即，对穿过低密度段的光的第1位(2个单位时间)执行切换时，就可能延长对于低位的时间。DMD的响应速度被低位的时间长度调整。因此，也就可能根据低位时间的延长来减小响应速度。
然而，在上述的常规显示系统中存在下述问题。
在图1描述的显示系统中，对脉宽调制信号的传输速率和可用的空间光调制器的响应速度都有限制，该限制造成设计上的不利。
另一方面，在具有图5的彩色盘的显示系统中，解决了受限的问题，然而，产生了如下的新的问题。
最好为在高位和低位之间的中间位也使用亮度滤光器来平滑地显示对比度。换言之，需要为各个滤色器提供具有不同亮度等级的多个亮度滤光器来取得一个好的对比度表现。该系统的彩色盘对于每个滤色器只具有一个亮度滤光器，因此很难取得一个好的对比度表现。
可以为各个滤色器提供具有不同亮度等级的多个亮度滤光器，由于增加了制造彩色盘的过程，因此增加了成本，下面将解释这个问题。
彩色盘一般通过在一个透明盘上粘贴滤色器或者通过在一个真空室中在一个透明盘的表面沉积滤色材料制造。在图5所示的彩色盘中，相应的三个滤色器分别装备不同亮度水平的两段，因此需要3×2＝6个滤色器。因此需要重复粘贴处理或沉积处理6次。当在各个滤色器上形成三个不同亮度水平的段时，需要3×3＝9个滤色器，因此需要9次粘贴处理或沉积处理。如上所述，当用一个盘生产彩色盘时，制造过程需要重复{(滤色器的数量)×(在每个滤色器上形成的段的数量)}次，因此，在彩色盘上设置多个不同亮度等级的亮度滤光器增加了制造过程和成本。
另外，当设置切换多个密度方式时，如果分色和亮度切换是使用同一个彩色盘来执行时，需要产生具有对应于亮度方式的滤色器的彩色盘。这极大地增加了制造成本。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种能够以低成本提高对空间光调制器的响应速度的限制和脉宽调制信号的速率的显示系统。
根据本发明的一个方面，为了达到上述的目的，提供了一个显示系统，包括：一个颜色切换装置用于切换多色素的光来顺序地提供各个色素的光；一个空间光调制装置，被来自颜色切换装置的多色素的光照亮并且产生各个色素的图象光；以及一个亮度切换装置用于将从颜色切换装置分离的多色素的各个光或该色素的图象光进行两个或多个亮度等级的切换。
在本发明的显示系统中，空间光调制器根据来自外部的图象信号产生图象光，亮度切换装置切换各个光的亮度等级，因此，就可能为定时较亮的亮度滤光器的脉宽调制信号分配图象信号的高位，并且为定时较暗的亮度滤光器的脉宽调制信号分配图象信号的低位。结果，就可以延长脉宽调制信号的最小切换时间，因此能够减小脉宽调制信号传输的速率并且使用具有低响应速度的空间光调制器。
此外，颜色切换装置和亮度切换装置被单独地提供给显示系统，并且因此由颜色切换装置执行的颜色切换和由亮度切换装置执行的亮度切换被分别地控制。即，颜色切换通过使用一个彩色盘来实现，亮度切换通过使用一个与彩色盘无关的亮度盘来实现。因此，对于本发明，可能使用对于一个彩色盘具有多个不同亮度等级的亮度盘。因此，当设置切换多方式或亮度等级时，只需要产生具有对应于亮度方式的滤光器的亮度盘，因此省去为每个亮度方式生产彩色盘的必要。
另外，分开的彩色盘和亮度盘导致了制造过程的减小，例如在为三个滤色器的每个提供三个不同亮度等级的段时，如上所述的图5中的彩色盘需要3×3＝9个滤色器。因此，需要重复粘贴处理或沉积处理九次。另一方面，在根据本发明的显示系统中，需要三个粘贴处理或沉积处理来制造各个彩色盘和亮度盘。即，粘贴处理或沉积处理被重复六次，与常规显示系统相比减少三次。随着不同亮度等级段的增加，加宽了制造过程的数量的范围。
顺便说一下，亮度切换可以通过液晶面板、通过改变光源的亮度或者通过改变投射透镜的光圈来实现。此外，发射多个不同颜色的光的光源可以被作为切换装置，因此，可能省去彩色盘和亮度盘，并且没有必要执行复杂的同步控制。
附图说明
本发明的特征和目的将会从下述结合附图的详细描述的中变得更加明显，其中：
图1是显示公开号为No.HEI10-78550的日本专利申请中公开的脉宽调制显示系统的结构的原理方框图；
图2是显示图1所描述的显示系统的彩色盘控制电路的一个结构例的方框图；
图3是显示图1所描述的显示系统的驱动电路的一个结构例的方框图；
图4是显示输入到图1所描述的显示系统中的图象信号的帧结构的原理图；
图5是公开号为No.HEI9-149350的日本专利申请中公开的显示系统中所用的彩色盘的原理图；
图6是显示根据本发明的一个实施例的显示系统的结构的方框图；
图7是显示图6所描述的显示系统的彩色盘控制电路的一个结构例的方框图；
图8是显示图6所描述的显示系统的驱动电路的一个结构例的方框图；
图9是显示输入到图6所描述的显示系统中的图象信号的帧结构的原理图；
图10是使用在图6所描述的显示系统中的亮度盘的原理图。
具体实施方式
现在参照附图，将会给出对本发明的最佳实施例的详细描述。
图6是显示根据本发明的一个实施例的显示系统的结构例的方框图，此实施例的显示系统除了存在亮度切换滤光器单元32和作为驱动电路51的替代设备的驱动电路52外与图1所示的系统相似，在图1和6中用相同的标号表示相同的部分，并且将不给出这些部分的详细描述。
驱动电路52接收图象信号101和帧同步信号102，并且向空间光调制器2发送调制信号103。另外，驱动电路52为亮度切换滤光器单元32提供一个亮度切换控制信号105并且为颜色切换滤色器单元31提供颜色切换控制信号104。
亮度切换滤光器单元32调节已经穿过位于颜色切换滤色器单元31中的彩色盘41的光的亮度。该亮度切换滤光器单元32包括一个亮度盘42，一个马达14用于支撑亮度盘42的中心来在一个规定的方向旋转盘42，一对元件(光发射元件15和光接收元件16)在亮度盘42的两边相对放置，以及一个亮度盘控制电路82用于控制马达14的旋转。
亮度盘42被设置对着彩色盘41。亮度盘42具有分别对应于彩色盘41的滤色器R，G和B的第一，第二和第三段。在每段中，多个不同光透射度的滤光器(NDF)F1到F3在圆周方向上按规定的比率(面积比)被依次地设置。亮度盘控制电路82接收来自光接收元件16的亮度盘相位信号114和来自驱动电路51的亮度切换控制信号105，并且向马达14发送一个马达控制信号113。
亮度盘相位信号114包括关于亮度盘42旋转周期的信息，该信息来源于光发射元件15通过在亮度盘42的规定位置上制作的一个孔向光接收元件16发射的光的接收的定时。亮度切换控制信号105控制亮度盘42的滤光器F1到F3的切换操作，滤光器(NDF)可以根据图象信号101的每个颜色(R，G，B)各自的位被切换。通过在光径上旋转亮度盘42来实现滤光器(NDF)的切换。
在此实施例的显示系统的结构中，光源1发射的光穿过位于颜色切换滤色器单元31中的彩色盘41和位于亮度切换滤光器单元32上的亮度盘42到达空间光调制器2，空间光调制器2根据从驱动电路52接收的调制信号103调制入射光来产生可视光(图象光)。投射透镜3将空间光调制器2产生的图象光延伸和投射到屏幕4上。
三种颜色R，G和B的图象通过图象光(R，G，B)的延伸投射被顺序地显示在屏幕4上。图象由于后图象效应被叠加并且被人眼感知成一个彩色图象，显示在屏幕4上的彩色图象的对比度可以被亮度盘42的亮度开关和通过调制用于控制空间光调制器2工作的调制信号103的脉宽来调节。
下面，将给出显示系统的驱动电路52和亮度盘控制电路82的具体结构的描述。
图7是显示亮度盘控制电路82的一个结构例的方框图，亮度盘控制电路82接收来自驱动电路52的亮度切换控制信号105和来自光接收元件16的亮度盘相位信号114作为输入信号，亮度盘控制电路82包括一个频相比较器85用于比较输入信号的频相来输出一个误差信号，以及一个放大器86用于放大从频相比较器85输出的误差信号来输出放大信号作为马达控制信号113。
马达14根据亮度盘控制电路82发送的马达控制信号113被控制。因此，亮度盘42与帧同步信号102同步旋转来切换亮度等级。
图8是显示驱动电路52的一个结构例的方框图。驱动电路52除了具有图3所示的驱动电路51的结构外，还具有一个亮度切换定时信息表56，一个位分配信息表67和一个亮度切换控制电路69。在图3和图8中用相同的参考字符表示相同的部件。在这个实施例中，脉宽调制电路由存储器电路61，写控制电路63，读控制电路64，颜色切换定时信息表65，亮度切换定时信息表66和位分配信息表67组成。
颜色切换定时信息表65包括表示根据帧同步信号102在彩色盘41的滤色器中进行切换的定时的信息。亮度切换定时信息表66包括根据帧同步信号102对亮度盘42中的亮度等级进行切换的定时的信息。位分配表67包括关于根据帧同步信号102确定何时和将图象信号101的表示对比度哪些位从存储电路61中读出的信息。亮度切换控制电路69与帧同步信号102同步输出亮度切换控制信号105来切换位于亮度切换滤色器单元32中的亮度滤光器F1到F3。
在这个驱动电路52的结构中，写控制电路63根据帧同步信号102被调整定时，并且图象信号101根据电路63的控制被写进存储电路61中，此外，读控制电路64根据帧同步信号102被调整定时，并且必需的数据被电路64从存储电路61中读出。该数据作为调制信号103被发送给空间光调制器2。读控制电路64控制从存储电路61中读出必需的数据的操作。读操作根据分别来源于颜色切换定时信息表65，亮度切换定时信息表66和位分配信息表67的颜色切换定时，亮度切换定时和表示位读取定时的对比度来被执行。
接下来，将会详细描述根据此实施例的显示系统的操作，在下面的描述中，对比度被图象信号101的k位表示，通过颜色切换滤色器单元31切换的颜色数量是m，并且通过亮度切换滤光器单元32切换的亮度等级的数量是n(n≥2)。
此外，位于颜色切换滤色器单元内的m个滤色器被表示成E1，E2，...，Em，并且位于亮度切换滤光器单元32中的亮度滤光器的n个等级按来自外部光的亮度升序被表示成F1，F2，...，Fn。来自亮度滤光器F1，F2，...，Fn的外出光的亮度比保持：
F1∶F2∶...∶Fn＝S1∶S2∶...∶Sn
其中S1＝1。在脉宽调制中，为图象信号101的位h的每帧时间、滤色器Ei和亮度滤光器Fj分配的时间为T(h，I，j)，其中：
0≤h≤k-1
1≤i≤m
1≤j≤n
T(0，I，1)＝T0。
在这个例子的显示系统中，满足下述的表达式的条件：
(S1*T(h，i，1)+S2*T(h，i，2)+...+Sn*T(h，i，n))/T0＝pow(2，h)...(1)
在此表达式中，pow(2，h)表示2的h次幂(2h)，并且*表示乘，即，与×相同。表达式(1)提出在多亮度等级间切换的情况下用脉宽调制定义图象的对比度或图象信号101的条件。
倘若当滤色器Ei与亮度Fj配对时每帧的显示时间是Tc(i，j)：
Tc(i，j)＝T(0，i，j)+T(1，i，j)+...+T(k-1，i，j)...(2)
表达式(2)提出确定亮度滤光器切换定时的条件。
此外，在此实施例的显示系统中，满足下述表达式的情况：
(Tc(i，1)+Tc(i，2)+...+Tc(i，n))/T0＝(pow(2，k)-1)...(3)
表达式(3)提出与常规显示系统相比在脉宽调制中延长最小单位时间的条件。
图8中描述的亮度切换定时信息表66包含以上述表达式(1)和(3)为条件的Tc(i，j)的信息，读控制电路64使用此信息来控制操作，位分配信息表67包括以上述表达式(1)和(3)为条件的T(h，i，j)的信息，此信息也被用于读控制电路64的控制操作。
下面，将解释通常有满足上述表达式(1)和(3)的变量值。
考虑由颜色切换滤色器单元31顺序地分离的颜色中的某一特定的颜色，表达式(1)是对k个h建立的，并且表达式(2)是对n个j建立的。因此(k+n)个条件表达式根据表达式(1)和(2)建立。另一方面，有n个Sj，(k*n)个T(h，i，j)/T0，和k个h。因此，全部变量值的数量是(n+(k*n)+k)，当确定了图象信号101的对比度位数和亮度滤光器的数量时，便根据表达式(3)建立了一个条件表达式。即，自变量的个数是(k*n)，并且至少是2，因此，总有满足表达式(1)到(3)的变量值。
在前述的条件中，来自各个亮度滤光器的外出光线的亮度等级可以具有2的任何整数次幂之比，并且图象信号101的任何一位可以被分配给仅仅一个亮度滤光器，该条件是通过使用满足下式的整数j1，j2，Xj1，Xj2表示的：
j1+1＝j2
1≤j1＜j2≤n
0≤Xj1＜Xj2≤k-1
Figure A0310109600191
很容易理解表达式(1)满足根据表达式(4)和(5)的条件。
接下来，将解释表达式(3)满足这些关于k的(k是大于1的整数)条件。
假设图象信号101的对比度位的数量是k并且亮度滤光器的数量是n，不等式(3)的左侧用表达式(2)得出如下：
(Tc(i，1))+Tc(i，2)+...+Tc(i，n))/T0＝(pow(2，k1)-1)+(pow(2，k2)-1)+...+(pow(2，kn)-1)...(6)
顺便说一下，k1，k2，...，kn是满足k1+k2+...+kn＝k的正整数。
在表达式(6)中用于获得最大值的n，k1，k2，...，kn的组合是：
n＝2，k1＝1，k2＝k-1，
此时，来自表达式(6)的值，即，不等式(3)的左侧是pow(2，k-1)，因此满足关于k的不等式(3)。
将参照图6给出一个具体的例子。假设在举例中用8位表示来定义图象信号101的对比度，由颜色切换滤色器单元31切换的颜色的数量是3，并且由亮度切换滤光器单元32切换的亮度等级是3，即，k＝8，m＝3，n＝3。
倘若来自亮度滤光器F1，F2，F3的外出光线的亮度比保持：
S1∶S2∶S3＝1∶4∶32，并且
T(0，i，1)＝1*T0，T(0，i，2)＝0*T0，T(0，i，3)＝0*T0
T(1，i，1)＝2*T0，T(1，i，2)＝0*T0，T(1，i，3)＝0*T0
T(2，i，1)＝0*T0，T(2，i，2)＝1*T0，T(2，i，3)＝0*T0
T(3，i，1)＝0*T0，T(3，i，2)＝2*T0，T(3，i，3)＝0*T0
T(4，i，1)＝0*T0，T(4，i，2)＝4*T0，T(4，i，3)＝0*T0
T(5，i，1)＝0*T0，T(5，i，2)＝0*T0，T(5，i，3)＝1*T0
T(6，i，1)＝0*T0，T(6，i，2)＝0*T0，T(6，i，3)＝2*T0
T(7，i，1)＝0*T0，T(7，i，2)＝0*T0，T(7，i，3)＝4*T0
满足表达式(1)的条件，此外，根据表达式(2)：
Tc(i，1)∶Tc(i，2)∶Tc(i，3)＝3∶7∶7。
这表示位于以恒定速度旋转的亮度盘42上的亮度滤光器F1，F2，F3的面积比保持3∶7∶7。
图9是当亮度滤光器具有3∶7∶7的面积比时表示图象信号101的帧结构的原理图，在图9中，G1，G2和G3分别表示彩色盘41的滤色器G和相应的亮度盘42的亮度滤光器F1，F2和F3。类似地，R1，R2和R3表示滤色器R和对应的亮度滤光器F1，F2和F3，并且B1，B2和B3表示滤色器B和对应的亮度滤光器F1，F2和F3。
对于图9的帧，在脉宽调制中的最小单位时间是1帧时间/3/(7+7+3)，另一方面，在图1所示的没有亮度切换滤光器单元的常规显示系统的情况下，假设n＝1，因此，在脉宽调制中的最小单位时间是如图4所示的1帧时间/3/255，因此可以理解在根据本发明的实施例的显示系统中，在脉宽调制中的最小单位时间与常规显示系统相比被极大地延长，因此能够使用具有低响应速度的空间光调制器。
此外，由于需要在发送调制的数据给空间光调制器的最小单位时间跨度内发送对应于象素数目的数据，在常规显示系统中占用1帧时间/3/255/象素数目来传输每一象素的数据。另一方面，根据本发明的实施例的显示系统允许1帧时间/3/(7+3+3)/每帧数据传输时间的象素数目。即，与常规显示系统相比延长了分配给每帧的数据传输的时间，并且因此可以减小电路的工作速度。除了允许电路设计的裕量，还减小了电路能量的消耗，器件成本和电路设计成本并且改善了可靠性。
顺便说一下，虽然在图6所示的显示系统中的亮度切换滤光器单元32被放置在颜色切换滤色器单元31的后面，单元32也可以放被在单元31的前面。
由颜色切换滤色器单元31切换的颜色不限于红、绿和蓝，并且不一定是3种。
图6所示的颜色切换滤色器单元31、图8所示的颜色切换定时信息表65和颜色切换控制电路68可以是不必要的。
此外，本发明适用于具有三个空间光调制器的三面板系统。
此外，图6的显示系统可以装备图10所描述的亮度盘来代替亮度盘42。图10中的亮度盘43包括三个在圆周方向上按规定的角度设置的亮度滤光器F1，F2和F3，该亮度滤光器与所示的亮度盘42的亮度滤光器单元F1，F2和F3的比率相同，此时，亮度盘43的旋转速度被设置成彩色盘41的旋转速度的三倍，因此，亮度盘43对于彩色盘41的每一种颜色作一次完整的旋转，因此取得与前述的同样的效果。
在图6中可以使用M.G.Robinson等人在SID’00文摘，第31卷第92页(2000年4月)的“使用颜色偏振滤色器的高对比度颜色分离结构”中提出的ColorQuadTM结构作为颜色切换滤色器单元31。此时颜色切换控制信号104被用来控制颜色切换操作。
可以使用扭转向列液晶面板作为图6中的亮度切换滤光器单元32。此时，亮度切换控制信号105被用来控制扭转向列液晶面板的透射度。
此外，图6中所示的亮度盘42不限于一个包括覆盖整个可视光范围的亮度滤光器。可以使用例如能对从颜色切换滤色器单元31输出的光的波长带来进行亮度切换的滤色器。
可在光源上切换亮度等级而不使用亮度切换滤光器单元32。即，图6中所示的显示系统可具有不带亮度切换滤光器单元32的配置，其中将亮度切换控制信号105输入到光源1的控制电路，以便使该控制电路执行亮度切换操作。
亮度等级也可以使用众所周知的对照相机的缩小光圈的特性来进行切换，例如，可以从图6中所示的显示系统中省去亮度切换滤光器单元32并且使系统装备用于改变投射透镜3的光圈的缩小光圈特性来代替。此时，亮度切换控制信号105被输入给缩小光圈特性的控制电路来调节投射透镜3的光圈以便使控制电路实现亮度切换操作。
颜色可以通过使用多光源发射不同颜色的光来被切换而代替使用颜色切换滤色器单元32。即，图6所示的显示系统可以装备发射不同颜色的光的光源来代替光源1用作颜色切换滤色器单元32的替代品，此时，光源根据颜色切换控制信号104被切换。
而且，亮度等级的数量可以对于不同的颜色而不同。即，虽然为图6所示的显示系统中的彩色盘41的每个颜色R，G和B装备三个亮度滤光器F1，F2和F3，还可以为每个颜色提供不同数量的亮度滤光器。
根据本发明如上所述的设置，与常规显示系统的生产相比可以减小制造盘的过程。因此，可以低成本的提供显示系统。
而且，由于亮度等级可以在液晶面板或光源上进行切换，或者通过调节投射透镜的光圈进行切换，就可以省去亮度盘和彩色盘，并且此外还可以使用发射不同颜色的多光源来进行颜色的切换，这样可以方便颜色切换的操作并且可以降低成本。
虽然本发明已经参考专门的实施例进行了描述，但是不限于实施例而只限于附属权利要求，应该注意的是本领域的技术人员可以在不超出本发明的范围和精神之外对实施例进行改变或修改。

Claims (17)

1.一种显示系统，包括：
一个颜色切换装置，用于切换多色素的光来依次提供色素的各个光；
一个空间光调制器，所述调制器被来自颜色切换装置的多色素的光照亮并且产生各色素的图象光；以及
一个亮度切换装置，用于切换由该所述颜色切换装置分离的多色素的各个光或该色素的各个图像光的两个或多个等级。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个装备多个不同光透射度的亮度滤光器的亮度盘，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述彩色盘和所述亮度盘相互相对地放置；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
3.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的角度依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个装备多个不同光透射度的亮度滤光器的亮度盘，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的来自光源的白光进入的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
4.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个装备多个不同光透射度的亮度滤光器的亮度盘，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的已经被顺序分色的光出口的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
5.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述彩色盘和所述亮度盘相互相对地放置；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
6.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的来自光源的白光进入的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
7.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的已经被顺序分色的光出口的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
8.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
各段的亮度滤光器的数量彼此不同；
所述彩色盘和所述亮度盘相互相对地放置；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
9.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
各段的亮度滤光器的数量彼此不同；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的来自光源的白光进入的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
10.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
各段的亮度滤光器的数量彼此不同；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的已经被顺序分色的光出口的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
11.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
各段装备相同数量的亮度滤光器；
所述彩色盘和所述亮度盘相互相对地放置；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
12.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器的多段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
各段装备相同数量的亮度滤光器；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的来自光源的白光进入的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
13.根据权利要求1所述的显示系统，其中
所述颜色切换装置包括一个装备多个具有不同光谱特性的滤色器的彩色盘，所述滤色器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述亮度切换装置包括一个分成对应于彩色盘的滤色器被的段的亮度盘，每段具有多个不同透射度的亮度滤光器，所述亮度滤光器被在圆周的方向上以一个规定的比率依次地设置；
所述每段装备相同数量的亮度滤光器；
所述亮度盘放置在和所述彩色盘相对的已经被顺序分色的光出口的一侧；
使用滤色器对来自光源的白光进行顺序地分色；并且
使用亮度滤光器来切换亮度等级。
14.根据权利要求1的显示系统，其中所述亮度切换装置包括一个能够进行透射度切换的液晶面板。
15.根据权利要求1的显示系统，其中所述颜色切换装置对来自光源的白光执行顺序地分色，并且所述亮度切换装置切换所述光源的亮度等级。
16.根据权利要求1的显示系统，其中所述颜色切换装置包括多个发射不同颜色光的光源，并且顺序地切换光源来提供光。
17.根据权利要求1的显示系统，其中所述亮度切换装置改变投射透镜的光圈来投射由空间光调制装置产生的各个色素的图象光。
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