CN1918907A - 显示设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种通过使用人类的视觉特性来改善分辨率的概念。与实际的物理分辨率相比，可以以更加改善的分辨率来观看图像，从而获得与物理改善分辨率相同的效果。与一帧相对应的图像信号被划分为第一图像信号和第二图像信号，并且第一图像和第二图像是使用第一图像信号和第二图像信号形成的。然后，分别在第一位置和第二位置上分别显示第一图像和第二图像，以致观看者可以以改善的分辨率观看图像。

Description

显示设备

技术领域

本发明涉及显示设备和显示方法，更特别涉及其中提供了分辨率改善设备以便有效地改善投射式显示设备的分辨率的显示设备和显示方法。

背景技术

近来，显示设备的趋势是重量轻、纤薄和大尺寸。特别是，在显示领域，大屏幕显示设备已经成为重要议题。

随着数字广播的出现，投射式显示设备对高分辨率提出要求。

公开内容

技术问题

本发明的目的是提供一种显示设备和显示方法，其中能够以简单的结构和操作来有效地改善分辨率。

技术解决方案

为了实现这些目的及其他益处、并根据本发明的目的，正如此处所具体实现和概括描述的，一种显示设备包括：光源；成像单元，用于通过使用从光源射出的光线和输入图像信号来形成图像；用于将由成像单元形成的图像投射在屏幕上的投影单元；可移动的位移单元，用于移动显示在屏幕上的图像；以及信号施加单元，用于施加输入信号，以便以傅里叶级数形式驱动位移单元。

在本发明的另一方面，提供了一种显示设备，包括：光源；成像单元，用于通过使用从光源射出的光和输入的图像信号来形成图像；用于将由成像单元形成的图像投射在屏幕上的投影单元；位移单元，被配置为沿顺时针方向和逆时针方向在预定角度内旋转，以便周期性地移动在屏幕上显示的图像；以及信号施加单元，用于施加输入信号，以便以傅里叶级数形式驱动位移单元。

在本发明的另一方面，提供了一种显示设备，包括：用于发射光的灯具；信号处理单元，用于将一帧的图像信号划分为第一子图像信号和第二子图像信号；成像单元，通过使用第一子图像信号、第二子图像信号和从所述灯具射出的光，顺序地形成第一图像和第二图像；用于将由成像单元形成的图像投射在屏幕上的投影单元；位移单元，被配置为在预定角度内旋转，以便移动在屏幕上显示的图像；以及信号施加单元，用于根据从信号处理单元顺序地输入的子图像信号，施加输入信号，以便以第三阶或者更高阶傅里叶级数的形式来驱动器位移单元的驱动波形。

在本发明的又一方面，提供了一种显示方法，包括以下步骤：输入具有多个帧的图像信号；将顺序输入的一帧图像信号划分为多个子图像信号；顺序地输入所划分的多个子图像信号，以形成多个图像；将输入信号施加到图像位移单元，以便在屏幕上的不同位置显示多个图像；根据输入信号，以傅里叶级数形式的驱动波形驱动图像位移单元；以及将穿过图像位移单元的图像投射在屏幕上。

有益效果

根据本发明，在屏幕上周期性地显示不同的图像，以致观看者可以觉得好像显示设备具有大量像素。因此，可以使用相同数目的像素来改善分辨率。

因此，本发明可以以很低的成本有效地改善大屏幕显示设备的分辨率。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的具有分辨率改善设备的显示设备的视图。

图2是根据本发明的另一实施例的具有分辨率改善设备的显示设备的视图。

图3是图示出根据本发明的显示设备中的位移板的操作的视图。

图4是图示出根据本发明的显示设备中的充当图像移位单元的位移板的工作原理的视图。

图5和6是图示出依据在根据本发明的显示设备中的位移板的移动，透射在屏幕上的灯的位移的视图。

图7是可使用根据本发明的显示设备来显示的第一图像和第二图像的视图。

图8是根据本发明的分辨率改善设备的透视图。

图9是图8中所示的分辨率改善设备的分解透视图。

图10是根据本发明的旋转部件的底部分解透视图。

图11是根据本发明的固定部件的包络线分解透视图。

图12是在根据本发明的旋转部件处设置的线圈架的视图；

图13是在根据本发明的最佳实施例的分辨率改善设备处设置的旋转部件的驱动波形；

图14是在根据本发明的分辨率改善设备处设置的旋转部件的驱动波形；

图15至20是根据本发明的分辨率改善设备的相对于不同输入波形的旋转部件驱动波形的范例。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细说明根据本发明的显示设备和显示方法。

分辨率是显示设备的每平方英寸上的像素数目。也就是说，分辨率被用作在显示图像时表示精确度的标度。

为了改善分辨率，常规显示设备使用增加像素数目的物理方法。然而，本发明通过使用人类的视觉特性来改善分辨率。

根据本发明，与实际的物理分辨率相比，可以以更加改善的分辨率来观看图像，从而获得与物理改善分辨率相同的效果。

在下文中将详细地说明，与一帧相对应的图像信号被划分为子图像，例如第一图像信号和第二图像信号。第一图像信号和第二信号分别作为第一图像和第二图像而显示在屏幕的第一位置和第二位置，使得观看者感觉像是改善了分辨率一样。

例如，屏幕上的第一位置和第二位置可以在垂直、水平或者对角线方向间隔开小于或者大于一个像素大小的间隙。

特别是，根据本发明，光学路径改变单元被用于分别在屏幕的第一位置和第二位置处显示第一图像和第二图像。

光程改变单元使用光透射元件，并且根据光透射元件的位移位置和位移角来改变光程。

图1是根据本发明的一个实施例的具有分辨率改善设备的显示设备的视图。

在图1中，显示出使用反射型液晶显示器(LCD)的投影电视的照明系统。在图1中所示的3PBS(偏振波束分路器)系统的反射型照明系统中，从灯具1射出的光穿过聚光透镜，入射到第一分色镜2上。第一分色镜2反射红色光和绿色光R和G，并透射蓝色光B。

然后，反射的红色光和绿色光入射到第二分色镜3上。第二分色镜3将红色光R透射到第一PBS 4a上，并将绿色光G反射到第二PBS4b上。来自于第一分色镜2的蓝色光B例如经由反光镜而照射到第三PBS 4c上。结果，红色、绿色和蓝色光R、G和B分别入射到第一、第二和第三PBS 4a、4b和4c上，所述第一、第二和第三PBS 4a、4b和4c分别设置在第一、第二和第三LCD面板5a、5b和5c的前方。

入射在第一、第二和第三PBS 4a、4b和4c上的红色、绿色和蓝色光R、G和B被反射，然后分别入射在第一、第二和第三LCD面板5a、5b和5c上。红色、绿色和蓝色光R、G和B的相位分别被第一、第二和第三LCD面板5a、5b和5c改变。然后，具有改变后的相位的红色、绿色和蓝色光R、G和B分别被LCD面板5a、5b和5c反射，并且透射通过第一、第二和第三PBS 4a、4b和4c。

依据从信号处理单元(未示出)输入的图像信号，图像被显示在第一、第二和第三LCD面板5a、5b和5c上。

透射通过第一、第二和第三LCD面板5a、5b和5c、然后通过第一、第二和第三PBS 4a、4b和4c的红色、绿色和蓝色图像被一个X棱镜6合成起来。然后，合成图像穿过位移板11，并入射在聚光透镜10上。

穿过聚光透镜10的图像随后被投射在屏幕12上。

在这里，位移板11可以被设置在X棱镜6和聚光透镜10之间，或被设置在聚光透镜10和屏幕12之间。

位移板11是一件可以透射光的薄板形元件。可以通过改变位移板11的位移位置或者角度来实现高分辨率。

此外，尽管图1中示出的是使用反射型LCD的照明系统、分色镜和PBS，也可以使用透射型LCD来替代反射型LCD。还可使用硅上液晶(LCoS)来作为反射型LCD。

此外，尽管图1中示出了三个LCD面板，但也可以使用一个LCD面板，并可以对光学系统的结构作出各种修改。

此外，本发明可被应用于投影仪以及投影电视。

也就是说，本发明可以以多种不同的形式来具体实现，而不应将其视为仅仅局限于此处所述的实施例。

图2是图示出根据本发明的另一实施例的显示设备的视图。

更具体地说，下文中将参考图2详细地说明根据本发明的数字光处理(DLP)光学系统。

DLP光学系统提供照射到数字微反射镜器件(DMD)14的光，并根据图像信号确定是使得DMD 14中的各微反射镜在开启状态中将光照射到屏幕上，还是在闭合状态中将光照射到非屏幕。

参见图2，DLP光学系统包括灯具17、棒形透镜18、色盘19、聚光透镜13、棱镜15、DMD 14、位移板11和投影透镜16。灯具17产生光，棒形透镜18透射由灯具17产生的光。色盘19将穿过棒形透镜18的白光分解为红色、绿色和蓝色光。聚光透镜13对穿过色盘19的光进行凝聚，而棱镜15将凝聚后的光反射到DMD 14上。DMD 14将反射的光向屏幕12照射。位移板11根据时间来移动从DMD 14反射来的光。投影透镜16将穿过位移板11的光放大，并将放大后的光投射到屏幕12上。

基于这样一种结构，下文中将说明DLP光学系统的操作。从灯具17射出的白光被反射镜的内曲面聚焦，聚焦后的光穿过光隧道或者棒形透镜18。

棒形透镜18是通过将四个小型的、细长形的反射镜彼此相连来实现的。穿过棒形透镜18的光被散射和反射，使得亮度均匀分布。

最终被投射到屏幕12上的光的亮度必须是均匀的。棒形透镜18完成这一功能，因此它在投射式显示设备中是一个很重要的光学元件。

穿过棒形透镜18的光透射通过色盘19，以便进行色彩分离。色盘19按照图像的垂直同步来旋转。

然后，光穿过聚光透镜13，并被棱镜15反射，从而光被导向DMD14。

根据光的入射角，棱镜15可以全部反射或者透射光。

根据DMD 14的微反射镜的开启/关闭状态，入射在DMD 14上的光被重新引导朝向屏幕12，所述开启/关闭状态是响应于采样的像素值来控制的。

根据从信号处理单元(未示出)输入的图像信号，DMD 14转变为开启或关闭状态。用这样的方式，形成了预定的图像。

从DMD 14反射的、并导向屏幕12的图像穿过位移板11和投影透镜16。在这一路线中，图像被放大，并被投射到大屏幕12上。

在这里，位移板11可以被设置在棱镜15和聚光透镜16之间，或被设置在屏幕12和聚光透镜16之间。

此外，位移板11也可被设置在DMD 14和棱镜15之间。

根据位移板11的位置和/或角度的周期性变化，光被投射到屏幕12上的不同位置。

按照图1和2中的实施例，位移板11可以被设置在屏幕和成像单元之间的预定位置，用于通过R、G和B合成来形成图像。

在图1和2中所示的成像单元中，与一帧相对应的图像信号被信号处理单元划分为第一图像信号和第二图像信号。然后，通过R、G和B合成，第一图像信号和第二图像信号被分别变换为第一图像和第二图像。

在图1中，成像单元可以具备第一、第二和第三LCD面板5a、5b和5c，第一、第二和第三PBS 4a、4b和4c，以及X棱镜6。

在图2中，成像单元可以具备色盘19、聚光透镜13和DMD 14。

也就是说，与一帧相对应的图像信号被划分为多个图像信号，并被处理为多个图像，然后显示。用这样的方式，与一帧相对应的图像信号可以被划分为“n”个图像信号，并被处理为“n”个图像，然后在屏幕上的“n”个或者更少的不同位置上显示。

根据本发明，一个图像的显示时间等于将一帧的显示时间除以图像数目后得到的时间。

本发明通过将与一帧相对应的图像信号划分为第一图像信号和第二图像信号、将第一图像信号和第二图像信号处理为第一图像和第二图像、然后通过操作位移板11在屏幕的第一和第二位置顺序地显示第一图像和第二图像，使得观看者感觉好像改善了分辨率。

图3是图示出根据本发明的显示设备中的位移板的操作的视图。

具体来讲，图3(a)示出没有位移板11或者位移板11没有移动的情况。在该情况下，从棱镜或者投影透镜投射出的图像被显示在屏幕的相同位置。

图3(b)是位移板11沿逆时针方向旋转的情况，而图3(c)是位移板11沿顺时针方向旋转的情况。

如果位移板11从状态(a)改变到状态(b)或者(c)，则图像在穿过位移板11的同时被折射，以致图像显示到屏幕的不同位置上。

也就是说，由于位移板11是作为光程改变单元来工作的，因此，投射的图像因为该位移板11而发生移动，从而根据位移板11的移动而显示到屏幕的不同位置上。

因此，根据本发明的位移板11起到图像移位单元的作用，并使得图像显示在屏幕的不同位置上。

图4是图示出根据本发明的显示设备中的充当图像移位单元的位移板的工作原理的视图。

可以根据位移板的厚度T、倾斜角(光入射角)θ₁和折射率n₂来计算屏幕12上的光的移动度。可以根据光在屏幕12上的所需要的移动度来确定位移板的厚度、倾斜角和折射率。

可以通过由下式给出的斯涅耳定律来导出位移板的厚度、倾斜角和折射率。

[式1]

        n₁ sinθ₁＝n₂ sinθ₂

其中，n₁是空气的折射率；

n₂是位移板的折射率；

θ₁是光的入射角；以及

θ₂是光的折射角。

因此，可以通过下面的式2来得出穿过位移板11的各光线之间的光程差D。

[式2]

$D=\frac{T}{\cos {\mathrm{\θ}}_2}\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)$

$\cos {\mathrm{\θ}}_2=\frac{T}{x},\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)=\frac{D}{x},{\mathrm{\θ}}_2={\sin }^{-1}\left(\frac{n_1{\sin \mathrm{\θ}}_1}{n_2}\right)$

其中T是位移板的厚度；

n₁是空气的折射率；

n₂是位移板的折射率；

θ₁是光的入射角；

θ₂是光的折射角；以及

x是在位移板内的折射光的光程长度。

此外，依据投影透镜的放大倍数，穿过位移板11的各光线之间的光程差D决定了在屏幕12上实际显示的光的位移。

优选的是，位移板11的折射率在从1.4到2.0的范围内。

根据一个实施例的本发明使用了光透射元件和光折射，以便产生光程差D。另一方面，可使用反射镜来改变光程。

也就是说，如果改变了光的反射角，则可以根据在光程上设置的反射镜的角度来改变反射光的光程。

与使用光折射改变光程的方法相比，对于使用反射改变光程的方法来说，光程的改变对反射镜角度的改变敏感。因此，如果使用反射来改变光程，需要精确的控制。

根据本发明，图像的位移度可以超过或者小于一个像素的大小。然而，由于图像的位移度很小，因此必须精确地控制光程改变单元，以便从投影透镜投射出的图像可以在小范围内移动。

因此，使用光透射元件的光程改变单元的优势在于，它易于制造，并且极大地减少了错误概率。

具体来讲，如图4中所示，如果光入射到光透射元件的相同位置，则发生光程差D，但是传播方向不改变。

在反射镜的情况中，即使光入射到反射镜的相同位置上，光的传播方向仍将依据反射镜的角度而发生改变，因此需要更精确的控制。

图5和6是图示出透射在屏幕上的光依据根据本发明的显示设备中的位移板的移动而发生的位移的视图。

参见图5，在具有矩形像素结构的显示设备中，位移板11周期性地移动，因此图像在屏幕12上的位置发生移动。

参见图5(a)中的常规像素结构，在预定时间(T＝0-T1)期间内，相同的图像在屏幕上的相同的对应位置处显示。然而，参见图5(b)和5(c)，在时间T＝0和T＝T1，由于位移板11的移动，在屏幕上的不同位置处显示图像。因此，可以使用相同数目的像素来识别出双倍的分辨率。

例如，一帧的图像信号被划分为第一和第二图像信号。然后，当要显示一帧的图像时，按照顺序合成和显示所述第一和第二图像信号。

例如，假定在现有技术中，在1/60秒期间显示相同的图像信息。根据本发明，所述图像信息被划分为第一图像信息和第二图像信息，然后分别在屏幕上的第一和第二位置处显示所述第一图像信息和第二图像信息，每一图像信息均显示1/120秒。

图7是根据本发明从与一帧相对应的图像中分出的第一图像和第二图像的示例性视图。

如图7(a)和7(b)中所示，与一帧相对应的图像可以被划分为第一图像(例如，奇数数据)和第二图像(例如，偶数数据)，并且可以根据像素的位置来划分第一图像和第二图像。

可以通过位移板11来移动用于显示第一图像(奇数数据)和第二图像(偶数数据)的位置。

返回到图5(b)，在一个例子中，沿对角线方向移动第一图像(奇数数据)和第二图像(偶数数据)的显示位置。在如图5(c)中所示的其他范例中，沿水平方向移动第一图像(奇数数据)和第二图像(偶数数据)的显示位置。

图6示出根据本发明在菱形像素结构中随着时间显示在屏幕上的图像的位置。

参见图6(a)中的常规像素结构，在预定时间(T＝0-T1)期间内，在相同位置显示了相同的图像。然而，参见图6(b)，在时间T＝0和T＝T1，在屏幕的不同位置处显示了不同的图像。因此，根据本发明，可以使用相同数目的像素来识别出双倍的分辨率。

图8是根据本发明的分辨率改善设备的透视图，而图9是图8中所示的分辨率改善设备的分解透视图。

图10是根据本发明的旋转部件的仰视分解透视图，而图11是根据本发明的固定部件的包络线分解透视图。

参见图8至11，分辨率改善设备包括固定部件20和旋转部件30，它们都可被操作性地连接起来。

固定部件20被设置在成像单元和屏幕之间的光程上，并且在其一侧或多个侧面具有固定部分21。尽管附图中示出了螺纹孔，但是也可以使用其他部件来将固定部件固定在显示设备内。

固定部件20在光程上被牢固地固定到显示设备上。

此外，在固定部件20的一侧或多个侧面形成磁铁23和磁轭22。优选的是，磁铁23和磁轭23可以在固定部件20的一侧形成，或者在(相对的)两侧均形成。

这里，磁铁23可以是具有N和S极的双极磁铁。此外，磁铁23也可以是单极磁铁或者多极磁铁。

磁铁23通过使用磁场来驱动旋转部件30。磁轭23构成磁场通路，以便增加磁场效率。

旋转部件30被可旋转地连接到固定部件20内部。

旋转部件30是以矩形或者菱形的形状来形成的，并且环绕光程，但也可以具有其他的形状或结构。旋转部件30具有适合于将位移板固定到其上的结构。

位移板31是光透射元件，该光透射元件以预定角度旋转一段短时间，并且改变显示图像的位置。

为此目的，位移板31可以垂直于光程，或者以预定角度来倾斜。因此，光入射到位移板上的入射角周期性地改变。

旋转部件30包括在两侧的一个或多个轴32，并且可旋转地连接到轴插入凹槽27。优选的是，旋转部件30还包括第一和第二轴承33和36。这里，轴32用作旋转部件或者位移板31的旋转中心轴，并且该旋转中心轴垂直于光程。

第一轴承33具有大致圆柱形的形状，并且轴32插入到第一轴承33中。第一轴承33位于固定部件20的轴插入凹槽27上。

第二轴承36使得旋转部件30的外直径足够大，以致旋转部件30能够被固定部件20的内表面绊住。

也就是说，由于该第二轴承36，插入到固定部件20中的旋转部件30可以在左侧方向上不发生移动。此外，在第一轴承33的右侧形成板簧24，使得旋转部件30可以在右侧方向不发生移动。

同时，板簧24的弹性在固定旋转部件的同时还确保了正常的移动，使得旋转部件30能够平稳地旋转。

在这样一种仅仅将板簧24的一端连接到固定部件20的状态中，板簧24支承旋转部件30。

同时，第一盖25和第二盖26被设置在第一和第二轴承33和36的上端，使得旋转部件30无法向上脱出。

第一盖25通过两个螺钉与旋转部件30连接，第二盖26则通过一个螺钉与旋转部件30部分连接。其目的在于确保正常的移动，以便旋转部件仅仅沿着期望的方向平稳旋转。

第二盖26具有适当的弹力，其操作与板簧24的操作相似。

换言之，第二盖26用作弹性部件，其能够在允许旋转部件30进行某种正确运动的同时，将旋转部件紧固到固定部件20上。

在旋转部件30的一侧，即在与固定部件20上形成的磁铁23相对的一侧提供了线圈35。

参见图12，为了容易地安装线圈35，在旋转部件30的一侧或多个侧面提供了线圈架38，从而由该线圈架38来支承和固定线圈35。线圈35是以矩形或者跑道形状形成的，或者是以其他适当的形状/结构形成的。因此，旋转部件30能够沿着电流方向，绕着磁铁23移动。

也就是说，当通过电源线34向线圈35供电时，电流流过线圈35，从而由于与在固定部件20处提供的磁铁35相互作用，而产生了吸引力和推斥力，借此操作旋转部件30。根据施加到线圈35的电流的方向，旋转部件30沿着顺时针方向或者逆时针方向绕旋转中心轴旋转。

尽管未示出，但根据另一实施例，可以在旋转部件的一侧提供磁铁。在这一实施例中，在固定部件的与磁铁相对的一侧提供线圈架，并且由该线圈架来支承线圈。

返回参看图10，位移板31与旋转部件30连接。在旋转部件30的内表面处形成的突出物39上设置位移板，然后通过支承构件37将该位移板固定住。图9中示出了作为范例的突出物39的详细形状。

在另一范例中，可以将位移板31连同旋转部件30一起置入，以便同时形成它们。在该情况下，可以在没有任何额外的支承构件37的情况下，将位移板31固定到旋转部件30上。

如图11中所示，在固定部件20的内部下侧提供了挡板28，以便限制旋转部件30的旋转角。因此，由于挡板28，旋转部件30的旋转范围被限制在预定角度以下，从而减少或者消除了外部影响、错误的操作或者过度的操作。

本发明的分辨率改善设备被设置在显示设备的光程上，并且根据施加的控制电流，因线圈35和磁铁23的交互作用而进行旋转。

优选的是，可将旋转部件30的旋转范围设置在±0.75以内。可以旋转所述旋转部件30，使得它能够在第一位置和第二位置之间周期性地摆动。

当施加一帧的图像信号时，旋转部件30至少旋转一次。

因此，能够显著地改善用户在视觉上感觉到的分辨率。

图13是在根据本发明的一个实施例的分辨率改善设备处设置的旋转部件的波形的范例。

参见图13，旋转部件30响应于具有至少一个周期的控制信号而进行旋转，在所述周期中正在显示相同的图像信号。

优选的是，将所述旋转部件设置为在1/60秒的周期中差不多旋转一个恒定角度。

当在1/60秒的期间内显示一帧图像的情况中，如果旋转部件以1/60秒的周期旋转，则用户能够感觉到与在这一周期内在屏幕上的不同位置(第一位置，第二位置)处显示相同图像一样的分辨率改善。

根据一个实施例，优选的是，旋转部件以矩形波形旋转，以便进行高速旋转。

在图14中，通过下面的等式3来得到旋转部件30的驱动波形(输出波形)θ(t)。

[式3]

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{4I}{\mathrm{\π}}(\frac{\sin \frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{1}+\frac{\sin \frac{3\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{3}+\frac{\sin \frac{5\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{5}+\·\·\·)=\frac{4I}{\mathrm{\π}}\underset{n}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{n}\sin \frac{\mathrm{n\π}}{\mathrm{\τ}}$

其中n＝奇整数

同时，可以以下面的式4来表示受迫振荡。

[式4]

Jθ″(t)+c_θθ′(t)+k_θθ(t)＝T(t)，θ(t)＝Θsin ωt，T(t)＝T sin(ωt+φ)

可以以下面的式5来表示频率响应。

[式5]

$\frac{\mathrm{\Θ}}{T}=\frac{\frac{1}{k_{\mathrm{\θ}}}}{\sqrt{{(1-{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ξ}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}},\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\frac{2\mathrm{\ζ}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}}{1-{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}$

ω₀和阻尼固有频率

是由下面的式6得到的。

[式6]

${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{\frac{k_{\mathrm{\θ}}}{J}\sqrt{1-{\mathrm{\ζ}}^2}},\mathrm{\ζ}=\frac{c_{\mathrm{\θ}}}{2\sqrt{J{k}_{\mathrm{\θ}}}}$

输出可以表示为式7至9。

[式7]

${\mathrm{\θ}}_1\left(t\right)=\frac{4I}{\mathrm{\π}}\sin \frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t,{\mathrm{\θ}}_3\left(t\right)=\frac{4I}{3\mathrm{\π}}\sin \frac{3\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t,{\mathrm{\θ}}_5\left(t\right)=\frac{4I}{5\mathrm{\π}}\sin \frac{5\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t,...$

[式8]

θ₁(t)＝Θ₁sinω₁t，θ₃(t)＝Θ₃sinω₃t，θ₅(t)＝Θ₅sinω₅t，...

[式9]

θ_m(t)＝Θ_msinω_mt，m＝odd， ${\mathrm{\Θ}}_m=\frac{4I}{\mathrm{m\π}},{\mathrm{\ω}}_m=\frac{\mathrm{m\π}}{\mathrm{\τ}}$

(其中，odd表示奇数)

总输出是由式7至9表示的输出的线性组合。根据式5，各输出的每一输入信号被表示为式10和11。

[式10]

T_m(t)＝T_msin(ω_mt+φ_m)

其中

$T_m=k_{\mathrm{\θ}}\sqrt{{(1-{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ζ}\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2{\mathrm{\Θ}}_m}$

${\mathrm{\ω}}_m=\frac{\mathrm{m\π}}{\mathrm{\τ}}$

${\mathrm{\φ}}_m={\tan }^{-1}\frac{2\mathrm{\ζ}\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}}{1-{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}$

[式11]

$T\left(t\right)=\underset{m}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{T}_m({\mathrm{\ω}}_{m}t+{\mathrm{\φ}}_m)$

式11表示获得方波输出所需要的输入波形。

在这里，输入波形是在驱动波形中“n＝奇整数”的条件下计算的，并且本发明也适用于驱动波形中“n＝偶整数”的条件。

也就是说，尽管假定图14中的驱动波形是在t＝o+处的+I开始的，但是驱动波形可以领先或滞后一段预定的时间(例如，半周期)。在n＝偶整数的情况中，图14中的驱动波形在t＝o+处的-I开始。

为了获得图14中的方波输出，必须通过直至无限阶的计算来创建线性组合。然而，在高次项中，系数T_m将极大，因此可能显著地增加在这一频率中的输入分量(电压)。

因此，在n＝1，3，5，7，9的情形中，具有频率60Hz、180Hz、300Hz、420Hz和540Hz的正弦波的组合可以作为驱动波形；而在n＝2，4，6，8的情形中，具有频率120Hz、240Hz、360Hz和480Hz的正弦波的组合可以作为驱动波形。

为了获得期望的驱动波形，重要的是产生适当的输入波形。也就是说，优选的是产生输入波形，使得旋转部件可以以傅里叶级数形式工作。

图15至20是根据本发明的分辨率改善设备的相对于不同输入波形的旋转部件驱动波形的范例。

参见图15至20，旋转部件的驱动波形随着分辨率改善设备的输入波形而不同。为了适当地驱动旋转部件，需要适当地生成和输入该输入波形。

在图15中，相对于输入波形，旋转部件的驱动波形(输出波形)是以具有单频率(第一阶)60Hz的正弦波形式产生的。在图16中，相对于如图所示的输入波形，旋转部件的驱动波形(输出波形)是以具有双频率(第三阶)60Hz和180Hz的正弦波形式产生的。在图17中，相对于如图所示的输入波形，旋转部件的驱动波形(输出波形)是以具有三频率(第五阶)60Hz、180Hz和300Hz的正弦波形式产生的。

同样，在图18中，相对于如图所示的输入波形，旋转部件的驱动波形是以具有四频率(第七阶)60Hz、180Hz、300Hz和420Hz的正弦波形式产生的。在图19中，相对于如图所示的输入波形，旋转部件的驱动波形(输出波形)是以具有多频率(第二十阶的)60Hz至2340Hz的正弦波形式产生的。在图20中，相对于如图所示的输入波形，旋转部件的驱动波形(输出波形)是以具有多频率60Hz至11940Hz的正弦波形式产生的。

也就是说，例如在第五阶的情况中，具有三频率60Hz、180Hz和300Hz正弦波的组合成为驱动波形。也就是说，例如在第七阶的情况中，具有四频率60Hz、180Hz、300Hz和420Hz的正弦波的组合成为驱动波形。

在九阶的情况中，具有频率60Hz、180Hz、300Hz、420Hz和540Hz的正弦波的组合成为驱动波形。

尽管未在附图中示出，但在第四阶的情形中，具有双频率120Hz和240Hz的正弦波的组合成为驱动波形。在第六阶的情形中，具有三频率120Hz、240Hz和360Hz的正弦波的组合成为驱动波形。在第八阶的情形中，具有四频率120Hz、240Hz、360Hz和480Hz的正弦波的组合成为驱动波形。

在本发明的一个最佳实施例中，旋转部件的驱动波形具有第三阶或者更高阶傅里叶级数形式(第三阶，第四阶，第五阶，第六阶，第七阶，...第n阶)。具体来讲，在驱动波形的一个周期期间，在旋转部件处放置的位移板旋转预定角度(图4中的θ₁)，然后反向地旋转回到原始位置。

因此，以第三阶或者更高阶傅里叶级数形式驱动的分辨率改善设备令图像交替地显示在屏幕上的第一位置和第二位置，由此有效地改善分辨率。

根据分辨率改善设备的驱动方法，以近似方波的驱动波形来驱动位移板，由此更有效地改善显示设备的分辨率。

对于本领域中的技术人员非常清楚的是，可以做出各种修改和变动。在本发明中。因此，其意图是，本发明涵盖对于本发明的修改和变动，只要这些修改和变动归入所附权利要求书及其等效物的范围之内。

工业实用性

本发明可以被应用于投射式显示设备。

Claims (26)

1.显示设备，包括：

光源；

成像单元，用于通过使用从光源射出的光线和输入图像信号来形成图像；

投影单元，用于将由成像单元形成的图像投射在屏幕上；

可移动的位移单元，用于移动显示在屏幕上的图像；以及

信号施加单元，用于施加输入信号，以便以傅里叶级数的形式驱动位移单元。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述位移单元具有中心轴，并在预定角度内绕着所述中心轴旋转。

3.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述位移单元包括：

旋转部件，其上固定有位移板；以及

固定部件，与所述旋转部件可旋转地连接。

4.根据权利要求1所述的显示设备，还包括：驱动单元，用于通过使用磁铁和线圈的交互作用来驱动位移板。

5.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述输入信号通过下式得出：

$T\left(t\right)=\underset{m}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{T}_m({\mathrm{\ω}}_{m}t+{\mathrm{\φ}}_m)$

其中

T_m(t)＝T_msin(ω_mt+φ_m)

${\mathrm{\ω}}_m=\frac{\mathrm{m\π}}{\mathrm{\τ}}$

$T_m=k_{\mathrm{\θ}}\sqrt{{(1-{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ζ}\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2{\mathrm{\Θ}}_m}$

${\mathrm{\φ}}_m={\tan }^{-1}\frac{2\mathrm{\ζ}\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}}{1-{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}$

6.根据权利要求5所述的显示设备，其中通过下式定义与输入信号相对应的输出波形(θ(t))：

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{4I}{\mathrm{\π}}(\frac{\sin \frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{1}+\frac{\sin \frac{3\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{3}+\frac{\sin \frac{5\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{5}+\·\·\·)=\frac{4I}{\mathrm{\π}}\underset{n}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{n}\sin \frac{\mathrm{n\π}}{\mathrm{\τ}}$

其中n＝奇整数，

受迫振荡被表示为

Jθ″(t)+c_θθ′(t)+k_θθ(t)＝T(t)，θ(t)＝Θsinωt，T(t)＝Tsin(ωt+φ)

并且频率响应被表示为

$\frac{\mathrm{\Θ}}{T}=\frac{\frac{1}{k_0}}{\sqrt{{(1-{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ξ}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}},\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\frac{2\mathrm{\ζ}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}}{1-{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}$

其中ω₀和阻尼固有频率ζ由下式得出

${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{\frac{k_{\mathrm{\θ}}}{J}\sqrt{1-{\mathrm{\ζ}}^2}},\mathrm{\ζ}=\frac{c_{\mathrm{\θ}}}{2\sqrt{J{k}_{\mathrm{\θ}}}}$

7.根据权利要求1所述的显示设备，还包括：驱动部件，用于根据输入信号驱动位移单元。

8.显示设备，包括：

光源；

成像单元，用于通过使用从光源射出的光和输入的图像信号来形成图像；

投影单元，用于将由成像单元形成的图像投射在屏幕上；

位移单元，被配置为沿顺时针方向和逆时针方向在预定角度内旋转，以便周期性地移动在屏幕上显示的图像；以及

信号施加单元，用于施加输入信号，以便以傅里叶级数的形式驱动位移单元。

9.根据权利要求8所述的显示设备，其中所位移单元的驱动波形在半周期内具有正值，在剩余的半周间内具有负值。

10.根据权利要求8所述的显示设备，其中所述位移单元的驱动波形近似为方波。

11.根据权利要求8所述的显示设备，其中位移单元的波形具有第三阶、第四阶、第五阶、第六阶和第七阶傅里叶级数形式中的一种形式。

12.根据权利要求8所述的显示设备，还包括：驱动部件，用于根据输入信号驱动位移单元。

13.显示设备，包括：

用于发射光的灯具；

信号处理单元，用于将一帧的图像信号划分为第一子图像信号和第二子图像信号；

成像单元，通过使用第一子图像信号、第二子图像信号和从所述灯具射出的光，顺序地形成第一图像和第二图像；

投影单元，用于将由成像单元形成的图像投射在屏幕上；

位移单元，被配置为在预定角度内旋转，以便移动在屏幕上显示的图像；以及

信号施加单元，用于根据从信号处理单元顺序地输入的子图像信号，施加输入信号，以便以第三阶或者更高阶傅里叶级数的形式产生位移单元的驱动波形。

14.根据权利要求13所述的显示设备，其中所述信号施加单元施加相位与第一和第二子图像信号相反的输入信号。

15.根据权利要求13所述的显示设备，其中输入信号在半周期的第二部分处具有第一峰值信号，在所述半周间的第一部分处具有第二峰值信号。

16.根据权利要求13所述的显示设备，其中所述位移单元的驱动波形具有与第一和第二子图像信号相反的相位。

17.根据权利要求13所述的显示设备，还包括：驱动部件，用于根据输入信号驱动位移单元。

18.显示方法，包括以下步骤：

输入具有多个帧的图像信号；

将顺序输入的一帧图像信号划分为多个子图像信号；

顺序地输入所划分的多个子图像信号，以形成多个图像；

将输入信号施加到图像位移单元，以便在屏幕上的不同位置显示多个图像；

根据输入信号，以傅里叶级数形式的驱动波形来驱动图像位移单元；以及

将穿过图像位移单元的图像投射在屏幕上。

19.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中所述驱动波形在半周期期间具有正值，并在剩余半周间期间具有负值。

20.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中所述驱动波形近似为方波。

21.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中所述驱动波形具有第三阶、第四阶、第五阶、第六阶和第七阶傅里叶级数形式中的一种形式。

22.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中所述输入信号具有与顺序输入的子图像相反的相位。

23.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中输入信号在半周期的第二部分处具有第一峰值信号，在所述半周期的第一部分处具有第二峰值信号。

24.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中所述图像位移单元具有中心轴，并且在驱动步骤中，所述图像位移单元在预定角度内绕所述中心轴旋转。

25.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中所述输入信号通过下式得出：

$T\left(t\right)=\underset{m}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{T}_m({\mathrm{\ω}}_{m}t+{\mathrm{\φ}}_m)$

其中

T_m(t)＝T_msin(ω_mt+φ_m)

$T_m=k_{\mathrm{\θ}}\sqrt{{(1-{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ζ}\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2{\mathrm{\Θ}}_m}$

${\mathrm{\ω}}_m=\frac{\mathrm{m\π}}{\mathrm{\τ}}$

${\mathrm{\φ}}_m={\tan }^{-1}\frac{2\mathrm{\ζ}\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}}{1-{\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_m}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}$

26.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中驱动波形(θ(t))由下式定义：

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{4I}{\mathrm{\π}}(\frac{\sin \frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{1}+\frac{\sin \frac{3\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{3}+\frac{\sin \frac{5\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}t}{5}+\·\·\·)=\frac{4I}{\mathrm{\π}}\underset{n}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{n}\sin \frac{\mathrm{n\π}}{\mathrm{\τ}}$

其中n＝奇整数，

受迫振荡被表示为

Jθ″(t)+c_θθ′(t)+k_θθ(t)＝T(t)，θ(t)＝Θsinωt，T(t)＝Tsin(ωt+φ)

并且频率响应被表示为

$\frac{\mathrm{\Θ}}{T}=\frac{\frac{1}{k_0}}{\sqrt{{(1-{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ξ}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}},\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\frac{2\mathrm{\ζ}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}}{1-{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2}$

其中ω₀和阻尼固有频率ζ由下式得出

${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{\frac{k_{\mathrm{\θ}}}{J}\sqrt{1-{\mathrm{\ζ}}^2}},\mathrm{\ζ}=\frac{c_{\mathrm{\θ}}}{2\sqrt{J{k}_{\mathrm{\θ}}}}$

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