DE69019043T2 - Apparatus and method for a digitized video system. - Google Patents

Apparatus and method for a digitized video system.

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung digitalisierter Videosysteme sowie dafür bestimmte integrierte Schaltungen und Einrichtungen.The invention relates to devices and methods for producing digitized video systems as well as to integrated circuits and devices intended therefor.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the state of the art

Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Graphik und der Videoanzeigesysteme wie etwa Anzeigen für Computersysteme, Terminals und Fernsehgeräte anwendbar. In jüngster Zeit entstand eine Nachfrage nach Sichtflächen, die größer sind und/oder eine höhere Auflösung aufweisen, als dies mit herkömmlichen Videoanzeigevorrichtungen wie etwa Katodenstrahlröhren (CRTs) oder Flüssigkristallanzeigen (LCDS) möglich ist. Diese wurde durch die Abnehmernachfrage nach größeren Fernsehgeräten (TVs) und den Bedarf nach für ein größeres Zuschauerpublikum bestimmten vorführungs- oder computergestützten Schirmen bei Konferenzen forciert.The invention is applicable to the field of graphics and video display systems such as displays for computer systems, terminals and televisions. Recently, a demand has arisen for viewing areas that are larger and/or have higher resolution than is possible with conventional video display devices such as cathode ray tubes (CRTs) or liquid crystal displays (LCDs). This has been driven by consumer demand for larger television sets (TVs) and the need for presentation or computer-based screens at conferences that are designed for larger audiences.

Bei LCDs, die für kleine Computersysteme und Terminals, insbesondere für Laptops und tragbare Computer, eingesetzt werden, werden individuelle Flüssigkristallzellen für jedes Pixel auf der LCD verwendet. LCDs sind temperaturempfindlich, schwer in großen Abmessungen herstellbar und langsam bezüglich einer Zustandsänderung, und sie erfordern externe Lichtquellen für das Betrachten.LCDs, used for small computer systems and terminals, especially laptops and portable computers, use individual liquid crystal cells for each pixel on the LCD. LCDs are temperature sensitive, difficult to manufacture in large sizes, slow to change state, and require external light sources for viewing.

Um die hinsichtlich der Abmessungen bestehenden Grenzen bei LCDs zu überwinden, wurde versucht, Projektionssysteme zu entwickeln, bei denen eine LCD als Raumlichtmodulator (SLM) eingesetzt wird. Leider bleiben einige Probleme bestehen. Die LCD besitzt die inhärente Eigenschaft, langsam zu sein, so daß ein sich schnell änderndes Bild "schiniert". Die Auflösung der LCD ist durch die Treiberkomplexizität beschränkt. Die Treiberkomplexität erfordert es auch, daß die Größe der LCD allgemein proportional zu der Auflösung ist. Dies bedeutet, daß die optischen Projektionseinrichtungen für ein hochauflösendes System groß sein müssen und entsprechend teuer sind. Ein weiteres Problem besteht darin, daß das von der LCD durchgelassene (oder von dieser reflektierte) Licht polarisiert wird. Dies kann zu einer nichtlinearen Helligkeitswahrnehmung von der Gesichtsfeldmitte zur Peripherie führen.To overcome the dimensional limitations of LCDs, attempts have been made to develop projection systems that use an LCD as a spatial light modulator (SLM). Unfortunately, some problems remain. The LCD has an inherent slowness, so a rapidly changing image "shines". The resolution of the LCD is limited by the driver complexity. The driver complexity also requires that the size of the LCD is generally proportional to the resolution. This means that the optical projection devices for a high resolution system must be large and correspondingly expensive. Another problem is that the light transmitted by (or reflected from) the LCD becomes polarized. This can lead to a non-linear perception of brightness from the center of the field of view to the periphery.

Das am weitesten verbreitete Anzeigesystem ist die CRT (cathode ray tube = Katodenstrahlröhre). In einer Katodenstrahlröhre wird ein Abtastelektronenstrahl veränderlicher Stromdichte über einen lichtemittierenden Phosphorschirm geführt. Dieser lichtemittierende Phosphorschirm wird von dem Elektronenstrahl beaufschlagt, und er erzeugt Licht je nach der Größe der Stromdichte des Elektronenstrahls. Diese Röhren können bei einer Direktbetrachtung oder einem Projektionsmodus verwendet werden. Sie weisen jedoch zahlreiche Nachteile auf. Der erste davon sind die Kosten.The most common display system is the CRT (cathode ray tube). In a cathode ray tube, a scanning electron beam of variable current density is passed across a light-emitting phosphor screen. This light-emitting phosphor screen is struck by the electron beam and produces light depending on the magnitude of the electron beam's current density. These tubes can be used in direct viewing or projection mode. However, they have numerous disadvantages. The first of these is cost.

Die höheren Kosten sind durch die Schwierigkeiten bei der Herstellung großer Anzeigeröhren (derzeit werden- 45 Inch- Röhren hergestellt) vorgegeben. Ein weiterer Grund für die Kosten besteht in der großen Menge von erforderlichen Rohstoffen (insbesondere Glas). Daraus ergibt sich eine sehr schwere Anzeige, die nicht leicht transportierbar ist.The higher cost is dictated by the difficulty of manufacturing large display tubes (currently 45-inch tubes are manufactured). Another reason for the cost is the large amount of raw materials required (particularly glass). This results in a very heavy display that is not easily transportable.

Die Auflösung stellt für CRTs ein Problem dar. Dafür gibt es zwei Hauptgründe. Der erste betrifft die bei Farb-CRTs verwendeten Lochmasken. Eine Lochmaske wird dazu verwendet, die zur Erzeugung der drei Primärfarben (Rot, Blau und Grün) verwendeten Farbleuchtstoffe zu trennen und dazu beizutragen, den zur Anregung der Leuchtstoffe verwendeten Elektronenstrahl zu führen. Die Helligkeit eines Pixels steht in Beziehung zu der Größe des Leuchtstoffpunkts. Mit einem größeren Leuchtstoffpunkt muß die Lochmaske jedoch größer hergestellt werden, und sie wird besser sichtbar. Die Helligkeit steht auch in einer Beziehung zu der Energie des Elektronenstrahls. Nimmt die Energie zu, so gilt dies auch für die Helligkeit. Leider ist auch die Lochmaske gegenüber dem Elektronenstrahl empfindlich, und sie wird bei hoher Energie thermisch deformiert. Das Bild wird dann unscharf, sowohl aufgrund der besser sichtbar werdenden Lochmaske als auch aufgrund des in Richtung auf einen nicht gewünschten Leuchtstoff abgelenkten Elektronenstrahls.Resolution is a problem for CRTs. There are two main reasons for this. The first concerns the shadow masks used in color CRTs. A shadow mask is used to separate the color phosphors used to create the three primary colors (red, blue, and green) and to help guide the electron beam used to excite the phosphors. The brightness of a pixel is related to the size of the phosphor dot. However, with a larger phosphor dot, the shadow mask must be made larger and it becomes more visible. The brightness is also related to the energy of the electron beam. If the energy increases, so does the brightness. Unfortunately, the shadow mask is also sensitive to the electron beam and is thermally deformed at high energy. The image then becomes blurred, both because the shadow mask becomes more visible and because the electron beam is deflected towards an undesirable phosphor.

Die zweite hinsichtlich der Auflösung gegebene Begrenzung besteht in der Rasterung. Alle anzustrahlenden Pixel werden aufeinanderfolgend von einem Elektronenstrahl abgetastet. Dieser Strahl wird in einem Raster über die Leuchtstoffe hin- und herbewegt. Im allgemeinen wird der Strahl abgeschaltet, wenn er über die Leuchtstoffe zurückgeführt wird (bekannt als die Rücklaufzeit), und er wird auch abgeschaltet, wenn er zu dem Ausgangspunkt zurückkehrt (Vertikalaustastintervall). Dies ist keine theoretische Beschränkung (auf alle Leuchtstoffpunkte kann zugegriffen werden). Es ist vielmehr eine praktische Beschränkung. Dies beruht darauf, daß die Fluoreszenz der Leuchtstoffe abnimmt, sobald sich der Elektronenstrahl zu der nächsten Stelle bewegt. Der Elektronenstrahl muß zurückkehren, bevor das menschliche Auge das Nachlassen wahrnimmt, da andernfalls die Anzeige flackert. Zur Kompensation können Leuchtstoffe mit längerer Leuchtdauer verwendet werden, diese weisen jedoch den Nachteil eines Schmiereffekts auf, wenn sich die Anzeigedaten ändern.The second limitation on resolution is the rasterization. All pixels to be illuminated are scanned sequentially by an electron beam. This beam is moved back and forth across the phosphors in a raster pattern. In general, the beam is turned off when it is returned across the phosphors (known as the retrace time), and it is also turned off when it returns to the starting point (vertical blanking interval). This is not a theoretical limitation (all phosphor dots can be accessed). It is rather a practical limitation. This is because the fluorescence of the phosphors decreases as the electron beam moves to the next location. The electron beam must return before the human eye notices the decrease, otherwise the display will flicker. To compensate, longer duration phosphors can be used, but these have the disadvantage of a smearing effect when the display data changes.

Die Rasterung weist einen weiteren typischen Nebeneffekt auf. Sie setzt der wahrgenommenen Helligkeit einer Anzeige eine obere Grenze. Wie oben erläutert kann ein Leuchtstoff nur für eine sehr kurze Zeitdauer beaufschlagt werden, und er beginnt dann nachzulassen. Wird der Leuchtstoff hart beaufschlagt, so beginnt er, größer zu werden (d.h. er beginnt benachbarte Pixelstellen anzuregen) und die Anzeige zu verwischen. Wird der Leuchtstoff kontinuierlich während einer längeren Zeit angeregt, so erscheint er heller als in dem Fall, wo er nur während der Rasterperiode angeregt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das menschliche Auge für helle Lichtguellen eine Integrationszeit von etwa .1 Sekunden und für Dimmerguellen .2 Sekunden benötigt.Rasterization has another typical side effect. It sets an upper limit to the perceived brightness of a display. As explained above, a phosphor can only be exposed for a very short period of time and then it begins to fade. If the phosphor is exposed hard, it begins to grow larger (ie it begins to excite neighboring pixel locations) and blur the display. If the phosphor is excited continuously for a longer period of time, it appears brighter than in the Case where it is only excited during the raster period. This is due to the fact that the human eye requires an integration time of about .1 seconds for bright light sources and .2 seconds for dim sources.

Projektions-CRT-Systeme weisen die Lochmasken-Probleme nicht auf. Sie sind jedoch teuer, da sie üblicherweise drei CRTs erfordern (jeweils eine für Rot, Blau und Grün). Sie weisen auch den schweren Nachteil geringer Helligkeit auf (da das erzeugte Bild zu expandieren ist). Dies trifft insbesondere dann zu, wenn eine einzige CRT in einem Projektionsmodus verwendet wird. Jeder Typ besitzt sämtliche der anderen bezüglich des Rasters gegebenen Probleme. Überdies sind sie bei einer Verwendung in Rückprojektions-Konfigurationen infolge der erforderlichen komplexen optischen Pfade sehr groß.Projection CRT systems do not have the shadow mask problems. However, they are expensive because they typically require three CRTs (one each for red, blue and green). They also have the serious disadvantage of low brightness (because the image produced has to be expanded). This is particularly true when a single CRT is used in a projection mode. Each type has all of the other problems related to the raster. Moreover, they are very large when used in rear projection configurations due to the complex optical paths required.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Anzeigesysteme besteht darin, daß diese in erster Linie analog sind. Selbst wenn die anzuzeigende Information in digitaler Form etwa in einem Computer gespeichert wird, muß sie in ein analoges Raster umgewandelt werden, bevor sie auf der Katodenstrahlröhre angezeigt werden kann.Another disadvantage of conventional display systems is that they are primarily analogue. Even if the information to be displayed is stored in digital form, for example in a computer, it must be converted into an analogue raster before it can be displayed on the cathode ray tube.

Weitere Raumlichtmodulatoren wurden in Projektionsanzeigen verwendet. So ist beispielsweise die Verwendung einer Raumlichtmodulatorsteuerung für ein Anzeigesystem in den US- Patenten 4 638 309 und 4 680 579 beschrieben, die auf den Namen Ott erteilt wurden und durch Bezugnahme hier mit eingeschlossen werden. Bei Ott wird eine deformierbare Halbleiter-Spiegelanordnung in Verbindung mit einer Schlieren- Optik verwendet, um den Raumlichtmodulator zu bilden. Deformierbare Spiegelanordnungen sind in den US-Patenten 4 441 791, 4 710 732, 4 596 992, 4 615 595 und 4 662 746 und dem nachveröffentlichten US-Patent Nr. 5 061 049 von Hornbeck beschrieben, die alle durch Bezugnahme hier mit eingeschlossen sind.Other spatial light modulators have been used in projection displays. For example, the use of a spatial light modulator control for a display system is described in U.S. Patents 4,638,309 and 4,680,579 issued to Ott and incorporated by reference. In Ott, a deformable semiconductor mirror array is used in conjunction with Schlieren optics to form the spatial light modulator. Deformable mirror arrays are described in U.S. Patents 4,441,791, 4,710,732, 4,596,992, 4,615,595, and 4,662,746 and post-issued U.S. Patent No. 5,061,049 to Hornbeck, all of which are incorporated by reference.

Eine weitere, eine Lichtröhre verwendende Anzeige ist in dem US-Patent 3 576 394 von Lee gezeigt, das hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen wird. Verschiedene Typen von Informationen bezüglich menschlicher Faktoren zu der kritischen Flackerfreguenz ergeben sich aus "Applied Optics and Optical Engineering" (1965), Band 11 (The Detection of Light and Infrared Radiation), von Rudolf Kingslake, was hier wiederum durch Bezugnahme mit eingeschlossen wird. Akusto-optische Spektralfilter sind in I.E.E.E. Transactions on Sonics and Ultrasonics, vol. su-23, Nr. 1, Januar 1976, Seiten 2-22, gezeigt, welche Offenbarung hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen wird.Another display using a light tube is shown in U.S. Patent 3,576,394 to Lee, which is hereby incorporated by reference. Various types of human factors information on the critical flicker frequency are provided in "Applied Optics and Optical Engineering" (1965), Volume 11 (The Detection of Light and Infrared Radiation), by Rudolf Kingslake, which is hereby incorporated by reference. Acousto-optic spectral filters are shown in I.E.E.E. Transactions on Sonics and Ultrasonics, vol. su-23, No. 1, January 1976, pages 2-22, which disclosure is hereby incorporated by reference.

In dem US-Patent 4 168 509 von Hartman ist ein HDTV (High Density TeleVision = hochauflösendes Fernsehen)-System gezeigt, welches Patent durch Bezugnahme hier mit eingeschlossen ist. Verschiedene Typen elektronischer TV-Tuner sind in den US 3 918 002, 3 968 440, 4 031 474, 4 093 921 und 4 093 922 gezeigt, die hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind. Verschiedene, auf mehrere Frequenzen ansprechende Materialien für Anzeigen sind in SPIE, Bd. 120 (Three-Dimensional Imaging, 1977), Seiten 62-67, "PRESENT AND POTENTIAL CAPABILITIES OF THREE-DIMENSIONAL DISPLAYS USING SEQUENTIAL EXCITATION OF FLUORESCENCE" von Carl M. Verber, und IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. ED. - 18, Nr. 9 (September 1971), Seiten 724-732, "A True Three- Dimensional Display" von Jordan D. Lewis u.a., gezeigt, die hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind. Ein Typ einer Anzeige ist in Information Display, November/Dezember, 1965, Seiten 10-20, "Three Dimensional Display Its Cues and Technigues" von Petro Vlahos, gezeigt, was hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.A HDTV (High Density TeleVision) system is shown in U.S. Patent 4,168,509 to Hartman, which patent is incorporated by reference. Various types of electronic TV tuners are shown in U.S. Patents 3,918,002, 3,968,440, 4,031,474, 4,093,921, and 4,093,922, which are incorporated by reference. Various multi-frequency responsive display materials are shown in SPIE, Vol. 120 (Three-Dimensional Imaging, 1977), pages 62-67, "PRESENT AND POTENTIAL CAPABILITIES OF THREE-DIMENSIONAL DISPLAYS USING SEQUENTIAL EXCITATION OF FLUORESCENCE" by Carl M. Verber, and IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED. - 18, No. 9 (September 1971), pages 724-732, "A True Three- Dimensional Display" by Jordan D. Lewis et al., which are incorporated herein by reference. One type of display is shown in Information Display, November/December, 1965, pages 10-20, "Three Dimensional Display Its Cues and Technigues" by Petro Vlahos, which is incorporated herein by reference.

Auf Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation> basierende Projektionssysteme sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Bei diesen Systemen können ebenfalls fluoreszierende Farbstoffe mit nicht sichtbarem Laserlicht verwendet werden. Dies ergibt sich aus SID INT. SYMP. DIGEST, Papier 10.1, Mai 1983, "Projection Display of Radar Image using Gas Laser and Organic Fluorescent Pigment Screen" von H. Yamada, M. Ishida, M. Ito, Y. Hagino und K. Miyaji, was hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen wird. Weitere Einzelheiten über verschiedene Farbstoffe ergeben sich aus CHEMISTRY AND CHEMICAL INDUSTRY, Bd. 23, Nr. 3, 1970, "Increasing Application Field for Fluorescent Pigment" von R. Takano, was hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) based projection systems are well known in the art. These systems can also use fluorescent dyes with invisible laser light. This follows from SID INT. SYMP. DIGEST, Paper 10.1, May 1983, "Projection Display of Radar Image using Gas Laser and Organic Fluorescent Pigment Screen" by H. Yamada, M. Ishida, M. Ito, Y. Hagino and K. Miyaji, which is incorporated herein by reference. Further details on various dyes are given in CHEMISTRY AND CHEMICAL INDUSTRY, Vol. 23, No. 3, 1970, "Increasing Application Field for Fluorescent Pigment" by R. Takano, which is incorporated herein by reference.

Die Betriebsweise von auf Lasern basierenden Anzeigen beruht darauf, daß ein Strahl kohärenten, von einem Laser erzeugten Lichtes so abgelenkt wird, daß ein Bild erzeugt wird. Die Ablenkeinheiten enthalten Anordnungen wie etwa Drehspiegel und akusto-modulierte Ablenkeinrichtungen. Bei diesen Projektoren tritt eine Anzahl von Problemen auf, was deren kommerzieller Durchsetzung im Wege stand.The operation of laser-based displays is based on deflecting a beam of coherent light produced by a laser to produce an image. The deflection units include devices such as rotating mirrors and acoustically modulated deflectors. These projectors suffer from a number of problems which have prevented their commercial adoption.

Das erste dieser Probleme ist das Flackern, das auch der erzielbaren Auflösung eine obere Grenze setzt (d.h. der Anzahl von anzeigbaren Pixeln). Nur ein Lichtpunt (Pixel) kann zu einem gegebenen Augenblick angezeigt werden, was auf die Natur der Ablenkeinrichtungen zurückgeht. Bei dieser Anzeige ist auch keine Leuchtdauer vorhanden, da diese Projektoren allgemein das Licht auf eine Streuoberfläche richten und keine Mittel vorgesehen sind, um weiter Licht abzugeben, nachdem das Licht abgelenkt wurde. Dies bedeutet, daß alle anzuzeigenden Punkte innerhalb einer Zeitperiode angestrahlt werden müssen, die geringer als die kritische Flackerfrequenz (CFF) des menschlichen Auges ist.The first of these problems is flicker, which also places an upper limit on the resolution that can be achieved (i.e. the number of pixels that can be displayed). Only one point of light (pixel) can be displayed at any given moment, due to the nature of the deflection devices. There is also no lighting duration in this display, since these projectors generally direct the light onto a diffusing surface and no means are provided to continue to emit light after the light has been deflected. This means that all points to be displayed must be illuminated within a period of time that is less than the critical flicker frequency (CFF) of the human eye.

Ein zweites Problem ist die Laserfleckenbildung. Dies wird als ein Zufallsinterferenzmuster der Intensität angesehen, das sich aus der Reflexion oder Transmission stark kohärenten Lichtes von einer optisch rauhen Oberfläche (oder durch diese) ergibt (deren hinsichtlich der Tiefe gegebene lokale Ungleichmäßigkeiten größer als ein Viertel einer Wellenlänge sind). Mit diesem Phänomen befaßt sich das JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, Bd. 66(11), 1976, Seite 1316, "Topical issue on laser speckle" von N. George und D.C. Sinclair; APPLICATIONS OF OPTICAL COHERENCE (W.H. Carter, Ed.), 1979, Seiten 86-94, "Role of coherence concepts in the study of speckle" von J.W. Goodman und COHERENT OPTICAL ENGINEERING (F.T. Arecchi und V. Degiorgio, Eds.), 1977, Seiten 129-149, "Speckle interferometry" von A.E. Ennos, die alle hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind. Techniken zur Verringerung der Fleckenbildung ergeben sich auch aus JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA: PART A. Bd. 5(10), 1988, Seiten 1767-1771, "Effect of luminance on photoptic visual acuity in the presence of laser speckle" von J.M. Artigas und A. Felipe und OPTICS COMMUNICATIONS, Bd. 3(1), 1971, "Elimination of granulation in laser beam projections by means of moving diffusers" von E. Schroder, die alle durch Bezugnahme hier mit eingeschlossen sind.A second problem is laser speckle. This is considered to be a random interference pattern of intensity resulting from the reflection or transmission of highly coherent light from or through an optically rough surface (with depth-given local irregularities greater than one-quarter of a wavelength). This phenomenon is addressed in the JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, vol. 66(11), 1976, page 1316, "Topical issue on laser speckle" by N. George and DC Sinclair; APPLICATIONS OF OPTICAL COHERENCE (WH Carter, Ed.), 1979, pages 86-94, "Role of coherence concepts in the study of speckle" by JW Goodman and COHERENT OPTICAL ENGINEERING (FT Arecchi and V. Degiorgio, Eds.), 1977, pages 129-149, "Speckle interferometry" by AE Ennos, all of which are incorporated herein by reference. Techniques for reducing speckle are also provided in JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA: PART A. Vol. 5(10), 1988, pages 1767-1771, "Effect of luminance on photoptic visual acuity in the presence of laser speckle" by JM Artigas and A. Felipe and OPTICS COMMUNICATIONS, Vol. 3(1), 1971, "Elimination of granulation in laser beam projections by means of moving diffusers" by E. Schroder, all of which are incorporated herein by reference.

Ein weiteres Problem war die Erzeugung von Farbbildern. Dies erfordert die Verwendung von Mehrfarbenlasern. Es bestehen große technische Schwierigkeiten sowohl beim Ausrichten von Mehrfachablenkeinheiten als auch dabei, diese so synchronisiert zu halten, daß die verschiedenen Farben bei einer gegebenen Pixelstelle gleichzeitig abgebildet werden.Another problem was the production of color images. This requires the use of multi-color lasers. There are great technical difficulties both in aligning multiple deflection units and in keeping them synchronized so that the different colors are imaged simultaneously at a given pixel location.

In der JP-A-55-65940 werden kleine Schwingungen eines Schirmes dazu verwendet, die Laserfleckenbildung aus einem Bild zu beseitigen, das durch Laserlicht auf den Schirm projiziert wurde.In JP-A-55-65940, small vibrations of a screen are used to eliminate laser speckle from an image projected onto the screen by laser light.

In der EP-A-0 139 991 ist eine Projektionsanzeigevorrichtung beschrieben, bei der eine Anordnung individuell gesteuerter deformierbarer Spiegelzellen verwendet wird, bei der der Deformationsgrad einer Zelle die Lichtintensität bei dem entsprechenden Pixel des wiedergegebenen Bildes bestimmt.EP-A-0 139 991 describes a projection display device using an array of individually controlled deformable mirror cells, in which the degree of deformation of a cell determines the light intensity at the corresponding pixel of the displayed image.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Ein Ziel der Erfindung ist es, die Fleckenbildung in einer Anzeige zu verringern.An object of the invention is to reduce the formation of spots in a display.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Projektionslicht- Bildanzeigesystem mit verringerter Fleckenbildung geschaffen, enthaltend:According to one aspect of the invention there is provided a projection light image display system with reduced staining comprising:

eine kohärente Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahls,a coherent light source for generating a light beam,

einen Bildschirm,a screen,

einen Raumlichtmodulator, der auf Signale anspricht, die ein anzuzeigendes Bild repräsentieren, um Licht von der Quelle auf den Bildschirm zu richten und so das Bild auf dem Schirm wiederzugeben,a spatial light modulator responsive to signals representing an image to be displayed for directing light from the source to the screen to display the image on the screen,

wobei dieses System dadurch gekennzeichnet ist, daß mit dem Bildschirm ein Wandler gekoppelt ist, der dazu dient, in dem Schirm, wo das Bild wiedergegeben wird, akustische Oberflächenwellen zu erzeugen.this system being characterized in that a transducer is coupled to the screen and serves to generate acoustic surface waves in the screen where the image is displayed.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung der Fleckenbildung in einem Projektionslicht-Bildanzeigesystem geschaffen, bei dem Licht von einer kohärenten Lichtquelle durch einen Raumlichtmodulator auf einen Bildschirm gerichtet wird, um auf dem Schirm ein Bild wiederzugeben, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fleckenbildung in dem wiedergegebenen Bild dadurch verringert wird, daß auf dem Schirm akustische Oberflächenwellen erzeugt werden.According to a second aspect of the invention there is provided a method of reducing speckle in a projection light image display system in which light from a coherent light source is directed through a spatial light modulator onto a display screen to display an image on the screen, and characterized in that speckle in the displayed image is reduced by generating surface acoustic waves on the screen.

Die hier gezeigten bevorzugten Ausführungsformen zeigen verschiedene Konzepte auf dem Gebiet digitalisierter Videosysteme für zwei- und dreidimensionale Bilder. Es wird eine deformierbare Spiegelanordnung gezeigt, die ein Bild oder einen Teil eines Bildes für eine Anzeige empfangen kann, während ein anderes Bild oder ein anderer Teil des Bildes angezeigt wird. Ein wirkliches dreidimensionales Videoanzeigesystem weist eine Anzeige auf, die massiv oder gashaltig sein kann.The preferred embodiments shown here illustrate various concepts in the field of digitized video systems for two- and three-dimensional images. A deformable mirror assembly is shown that can receive an image or a portion of an image for display while another image or another portion of the image A true three-dimensional video display system has a display that can be solid or gaseous.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:The invention will now be described with reference to the accompanying drawing, in which:

Figuren 1a, 1b, 1c und 1d ein zweidimensionales digitales Videosystem, bei dem eine deformierbare Spiegelanordnung verwendet wird;Figures 1a, 1b, 1c and 1d show a two-dimensional digital video system using a deformable mirror array;

Figuren 2a, 2b und 2c ein zweidimensionales digitales Videosystem, bei dem eine deformierbare Spiegelanordnung und ein Laser verwendet werden;Figures 2a, 2b and 2c show a two-dimensional digital video system using a deformable mirror array and a laser;

Figur 3 ein Blockdiagramm der Elektronik für ein digitalisiertes Videosystem;Figure 3 is a block diagram of the electronics for a digitized video system;

Figur 4 ein zweidimensionales digitalisiertes Videosystem zur Erzeugung eines Farbbildes;Figure 4 shows a two-dimensional digitized video system for producing a color image;

Figuren 5a, 5b und 5c Diagramme und ein Farbrad;Figures 5a, 5b and 5c diagrams and a color wheel;

Figur 6 eine zweidimensionale Anzeige;Figure 6 shows a two-dimensional display;

Figur 7 eine andere Ansicht der Anzeige der Figur 6;Figure 7 is another view of the display of Figure 6;

Figur 8 eine Draufsicht eines Raumlichtmodulators;Figure 8 is a plan view of a spatial light modulator;

Figur 9 ein Schaltdiagramm einer Speicherzelle einer deformierbaren Spiegelanordnung;Figure 9 is a circuit diagram of a memory cell of a deformable mirror arrangement;

Figur 10 ein Flußdiagramm für die Elektronik der Figur 3;Figure 10 is a flow diagram for the electronics of Figure 3;

Figur 11 ein dreidimensionales digitalisiertes Anzeigesystem;Figure 11 a three-dimensional digitized display system;

Figuren 12 und 13 einen Zeiger für das System der Figur 11;Figures 12 and 13 show a pointer for the system of Figure 11;

Figur 14 einen Zeiger für das System der Figur 11;Figure 14 shows a pointer for the system of Figure 11;

Figur 15 einen Zeiger für das System der Figur 11;Figure 15 shows a pointer for the system of Figure 11;

Figur 16 einen Prozessor für eine mehrdimensionale Anordnung; undFigure 16 shows a processor for a multi-dimensional arrangement; and

Figur 17 eine Anzeige mit einer bewegbaren Oberfläche.Figure 17 shows a display with a movable surface.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Die Figuren 1a, 1b, 1c und 1d zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines zweidimensionalen digitalisierten Videosystems 75, das ein Bilderzeugungssystem 1 und einen Bildschirm 2 aufweist. Der Bildschirm 2 kann eine relativ flache Platte aus einem geeigneten Material sein, oder es kann eine gekrümmte Konfiguration aufweisen, um das reflektierte Licht in Richtung auf einen Betrachter zu konzentrieren. Der Bildschirm 2 kann lichtdurchlässig sein, um eine Rückseitenprojektion zu ermöglichen. Beim reflektierenden Modus (oder Vorderseitenprojektion) kann der Bildschirm 2 aus einem steifen Material wie etwa Plastik, Metall, usw. zusammengesetzt sein und eine reflektierende Oberfläche aufweisen. Die Oberfläche kann mattiert sein oder ein linsenförmiges Muster aufweisen, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist. Bei dem Rückseitenprojektionsmodus kann der Bildschirm 2 aus Glas oder einem lichtdurchlässigen Kunststoff zusammengesetzt sein, und er kann eine gemusterte Oberfläche besitzen, derart, daß auf ihn auftreffendes Licht von dem Bilderzeugungssystem 1 gestreut wird. Rückseitenprojektionsschirme dieser Art sind im Stand der Technik allgemein bekannt.Figures 1a, 1b, 1c and 1d show a preferred embodiment of a two-dimensional digitized video system 75 comprising an imaging system 1 and a screen 2. The screen 2 may be a relatively flat plate made of a suitable material, or it may have a curved configuration to focus reflected light toward a viewer. The screen 2 may be translucent to allow for rear projection. In reflective mode (or front projection), the screen 2 may be composed of a rigid material such as plastic, metal, etc. and have a reflective surface. The surface may be frosted or have a lenticular pattern as is well known in the art. In the rear projection mode, the screen 2 may be made of glass or a translucent plastic and may have a patterned surface such that light incident on it from the imaging system 1 is scattered. Rear projection screens of this type are well known in the art.

Eine Lichtquelle 10 wird dazu verwendet, Lichtenergie zu erzeugen, um schließlich den Bildschirm 2 anzustrahlen. Die Lichtquelle 10 kann von herkömmlichem Aufbau wie etwa vom Glühlampen-, Halogen- oder Bogenlampen-Typ oder von jeder anderen geeigneten Form sein. Zudem wird das erzeugte Licht 9 konzentriert und durch einen Spiegel 11 auf Linsen 12 gerichtet. Der Spiegel 11 kann eine beliebige geeignete Form wie etwa eine parabolische, eine ellipsoidische, usw. aufweisen.A light source 10 is used to generate light energy to ultimately illuminate the screen 2. The light source 10 may be of conventional construction such as incandescent, halogen or arc lamp type or any other suitable form. In addition, the light 9 generated is concentrated and directed by a mirror 11 onto lenses 12. The mirror 11 may have any suitable shape such as parabolic, ellipsoidal, etc.

Die Linsen 12, 13 und 14 bilden einen Strahlenspalterzeuger, der dazu dient, aus dem Licht 9 einen Lichtspalt 8 zu bilden. Dies erfolgt, um die Lichtenergie zu konzentrieren und den Wirkungsgrad des gesamten Systems zu erhöhen. Ein den Strahlengang knickender Spiegel 20 wird dazu verwendet, das in einen Spalt umgewandelte Licht 8 über einen Pfad 7 auf einen Raumlichtmodulator (SLM) 15 zu richten. Es können natürlich auch andere Aufbauten verwendet werden, um eine Quelle konzentrierter Lichtenergie auf einen SLM 15 zu richten, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen wird.The lenses 12, 13 and 14 form a beam splitter which serves to form a light slit 8 from the light 9. This is done to concentrate the light energy and to increase the efficiency of the entire system. A beam bending mirror 20 is used to direct the slitted light 8 via a path 7 to a spatial light modulator (SLM) 15. Of course, other structures can be used to direct a source of concentrated light energy to an SLM 15 without departing from the scope of the invention.

Der SLM 15 dient dazu, selektiv Teile des Lichts von dem Pfad 7 zurück zu einer Vergrößerungslinse 5 und auf den Bildschirm 2 zu richten, um ein Bild zu erzeugen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der SLM 15 von einem bekannten Typ, der als deformierbare Spiegelanordnung (DMD) bekannt ist, die weiter unten näher erörtert wird. Weitere SLMs (wie etwa Bragg-Zellen, LCDs, usw.) können entweder im reflektierenden (wie gezeigt) oder im lichtdurchlässigen Modus verwendet werden, vorausgesetzt die einzelnen Lichtstrahlen können mit einer genügend hohen Rate umgelenkt werden. Die Bedeutung des Erfordernisses hoher Schaltgeschwindigkeiten ergibt sich später.The SLM 15 serves to selectively direct portions of the light from the path 7 back to a magnifying lens 5 and onto the screen 2 to form an image. In the preferred embodiment of the invention, the SLM 15 is of a known type known as a deformable mirror array (DMD), which is discussed in more detail below. Other SLMs (such as Bragg cells, LCDs, etc.) can be used in either reflective (as shown) or transmissive mode, provided the individual light beams can be redirected at a sufficiently high rate. The importance of the need for high switching speeds will become apparent later.

Der SLM 15 besitzt eine Oberfläche 16, auf die Licht vom Pfad 7 auftrifft. Die Oberfläche 16 weist eine Anzahl von schaltbaren Elementen (wie bei 17) auf, die steuerbar sind, um Licht zu der Vergrößerungslinse 5 umzulenken. Nimmt das Element 17 zum Beispiel eine Position ein, so wird ein Teil des Lichtes vom Pfad 7 entlang dem Pfad 6 zu der Linse 5 umgelenkt, wo es vergrößert oder entlang dem Pfad 4 ausgebreitet wird, um auf den Bildschirm 2 aufzutreffen und ein erleuchtetes Pixel 3 zu bilden. Nimmt das Element 17 eine andere Position ein, so wird das Licht nicht auf den Bildschirm 2 umgelenkt, und das Pixel 3 bleibt damit dunkel.The SLM 15 has a surface 16 onto which light from path 7 impinges. The surface 16 has a number of switchable elements (as at 17) which are controllable, to redirect light to the magnifying lens 5. For example, if the element 17 occupies one position, a portion of the light from path 7 is redirected along path 6 to the lens 5 where it is magnified or spread along path 4 to impinge on the screen 2 and form an illuminated pixel 3. If the element 17 occupies another position, the light is not redirected to the screen 2 and the pixel 3 thus remains dark.

Ein Computer 19 steuert den Betrieb des SLM 15 über einen Bus 18, um das Bild auf dem Bildschirm 2 durch selektives Umlenken von Teilen von Licht auf dem Pfad 7 zu erzeugen. Der Bus 18 liefert die erforderlichen Steuersignale und Bildinformationen von dem Computer 19 an den Modulator 15. Der Computer 19 kann beispielsweise ein digitaler Signalprozessor sein (der im folgenden näher erläutert wird).A computer 19 controls the operation of the SLM 15 via a bus 18 to produce the image on the screen 2 by selectively redirecting portions of light on the path 7. The bus 18 provides the necessary control signals and image information from the computer 19 to the modulator 15. The computer 19 may be, for example, a digital signal processor (which is explained in more detail below).

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Oberfläche 16 eine Anordnung von deformierbaren Spiegelzellen. Zur Verwendung in der Anordnung 16 geeignete deformierbare Spiegelzellen sind in Figur 1b, 1c und 1d gezeigt. Vier Zellen 17, 27, 37 und 47 sind in Figur 1b dargestellt. Der Spiegel 32 der Zelle 17 ist über ein Drehgelenk 30 ungefähr bei der in Figur 1b gezeigten Stelle mit dem Modulator 15 verbunden. Wird die Zelle 17 betätigt, so wird der Spiegel 32 von seiner in Figur 1c gezeigten Position nach unten in seine in Figur 1d gezeigte Position gezogen. Nimmt die Zelle 17 die untere Position ein, so lenkt sie Licht entlang des optisches Pfades 6. Nimmt der Spiegel die in Figur 1c gezeigte obere Position ein, so wird der Teil des Strahles von dem Lichtpfad 7 vom Lichtpfad 6 weg zur Anzeige 2 umgelenkt. Die anderen Teile der Anordnung 16, die nicht schwenkbar angebracht sind, wie zum Beispiel der Oberflächenteil 34, lenken ebenfalls kein Licht zu der Anzeige 2.In the preferred embodiment of the invention, the surface 16 contains an array of deformable mirror cells. Deformable mirror cells suitable for use in the array 16 are shown in Figures 1b, 1c and 1d. Four cells 17, 27, 37 and 47 are shown in Figure 1b. The mirror 32 of the cell 17 is connected to the modulator 15 by a pivot 30 at approximately the location shown in Figure 1b. When the cell 17 is actuated, the mirror 32 is pulled downward from its position shown in Figure 1c to its position shown in Figure 1d. When the cell 17 is in the lower position, it directs light along the optical path 6. When the mirror is in the upper position shown in Figure 1c, the portion of the beam from the light path 7 is diverted away from the light path 6 toward the display 2. The other portions of the assembly 16 that are not pivotally mounted, such as the surface portion 34, also do not direct light toward the display 2.

Bei der derzeit bevorzugten Ausftihrungsform ist zu erkennen, daß Licht nur dann zu dem Bildschirm gelenkt wird, wenn ein Spiegel (wie etwa 32) die untere Position einnimmt. Der Grund dafür besteht darin, daß andere Teile der Anordnung 16 (wie etwa der Oberflächenteil 34) ebenfalls reflektierend sein können und zu der Anzeige sichtbares Rauschen hinzufügen könnten. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtpfad 7 im wesentlichen senkrecht zum SLM 15, und der Lichtpfad 6 ist geneigt. Natürlich sind weitere Ausführungsformen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel könnte der Lichtpfad 7 mit dem SLM 15 einen Winkel bilden, und der Lichtpfad 6 könnte gebildet werden, wenn ein Spiegelelement wie etwa 32 die obere Position einnimmt (oder senkrecht zum Oberflächenteil 34 ist). Eine Schlierenblende könnte dann vor der Linse 5 eingesetzt werden, um unerwünschtes Licht wie etwa solches von dem Oberflächenteil 34 abzublocken.In the currently preferred embodiment, it can be seen that light is directed to the screen only when a mirror (such as 32) is in the lower position. The This is because other parts of the assembly 16 (such as the surface portion 34) may also be reflective and could add visible noise to the display. In the preferred embodiment, the light path 7 is substantially perpendicular to the SLM 15 and the light path 6 is inclined. Of course, other embodiments are possible without departing from the scope of the invention. For example, the light path 7 could form an angle with the SLM 15 and the light path 6 could be formed when a mirror element such as 32 is in the upper position (or perpendicular to the surface portion 34). A Schlieren aperture could then be inserted in front of the lens 5 to block out unwanted light such as that from the surface portion 34.

Figur 2a zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines zweidimensionalen digitalisierten Anzeigesystems der Erfindung. Diese enthält ein Bilderzeugungssystem 50 und eine Anzeige 51. Die Anzeige besitzt ein Pixel 52, welches eines von vielen Pixeln ist, die das auf dem Bildschirm 51 anzuzeigende Bild ausmachen. Das Pixel 52 ist entlang eines Lichtpfades 53 von einem Bildvergrößerungssystem 54 angeordnet, das von einem geeigneten Typ wie etwa einem Linsen-System, einer Lichtleitfaseranordnung, usw. sein kann.Figure 2a shows another preferred embodiment of a two-dimensional digitized display system of the invention. This includes an imaging system 50 and a display 51. The display has a pixel 52 which is one of many pixels that make up the image to be displayed on the screen 51. The pixel 52 is arranged along a light path 53 from an image magnification system 54 which may be of any suitable type such as a lens system, an optical fiber array, etc.

Ein Laser 61 erzeugt einen Lichtstrahl 62. Eine Strahlausweitungseinheit 60, die von einem beliebigen geeigneten Typ sein kann, dient dazu, den kleinen Durchmesser des Lichtstrahls 62 von dem Laser 61 zu einem Strahl 63 großen Durchmessers auszuweiten. Dieser Strahl wird dann durch einen den Strahlengang knickenden Spiegel 55 entlang des Pfades 64 auf den SLM 56 abgelenkt. Bei dieser derzeit bevorzugten Ausführungsform weist der SLM 56 einen anderen Aufbau auf (wie sich weiter unten anhand der Erläuterung der Figuren 2b und 2c ergibt) als der in den Figuren 1a, 1b und 1c gezeigte. Spiegelelemente der Anordnung 57 wie etwa 58 sind zwischen zwei Positionen bewegbar. In der "Ein"-Position lenkt das Element 58 einen Teil des Lichtes von dem Pfad 64 entlang dem Pfad 66 zu der Vergrößerungslinse 54 um, wo es entlang dem Pfad 53 vergrößert (ausgebreitet) wird, um auf dem Bildschirm 51 aufzutreffen und das erleuchtete Pixel 52 zu bilden. In der "Aus"-Position wird das Licht entlang des Pfades 65 gelenkt, wo es nicht auf den Bildschirm 51 auftrifft.A laser 61 generates a beam of light 62. A beam expander 60, which may be of any suitable type, serves to expand the small diameter beam of light 62 from the laser 61 to a large diameter beam 63. This beam is then deflected by a beam bending mirror 55 along path 64 to the SLM 56. In this currently preferred embodiment, the SLM 56 has a different structure (as will become apparent below from the discussion of Figures 2b and 2c) than that shown in Figures 1a, 1b and 1c. Mirror elements of the array 57 such as 58 are movable between two positions. In the "on" position, element 58 deflects a portion of the light from path 64 along path 66 to the magnifying lens 54 where it is magnified (spread out) along path 53 to impinge on the screen 51 and form the illuminated pixel 52. In the "off" position, the light is directed along path 65 where it does not impinge on the screen 51.

Der Bildschirm 51 kann von einem herkömmlichen Aufbau wie der Bildschirm 2 der Figur 1a sein. Wie im HINTERGRUND erörtert, tritt jedoch voraussichtlich eine Laserfleckenbildung auf, sofern der Schirm 51 nicht optisch glatt ist. Aus praktischen Gründen wie etwa Schwierigkeiten bei der Herstellung ist dies unwahrscheinlich. Ferner sollte zur Vergrößerung des Sichtwinkels eine Art streuende Oberfläche (wie etwa Mattglas) verwendet werden. Dies erhöht das Ausmaß der Fleckenbildung, sofern der Streugrad nicht nahezu vollständig das auftreffende kohärente Licht aus der Phase bringt. Leider hat dies die Nebenwirkung, daß das Bild unscharf und damit die sichtbare Auflösung verringert wird.The screen 51 may be of conventional construction such as screen 2 of Figure 1a. However, as discussed in the BACKGROUND, unless the screen 51 is optically smooth, laser speckle is likely to occur. For practical reasons such as manufacturing difficulties, this is unlikely. Furthermore, some type of scattering surface (such as ground glass) should be used to increase the viewing angle. This will increase the amount of speckle unless the degree of scattering almost completely dephases the incident coherent light. Unfortunately, this has the side effect of blurring the image and thus reducing the apparent resolution.

Die Erfindung überwindet dieses Fleckenbildungsproblem auf verschiedene Weise. Auf dem Bildschirm 51 erzeugte Bilder werden aus mehreren gleichzeitig auf der Oberfläche auftreffenden Lichtstrahlen zusammengesetzt. Ein gegebener Lichtstrahl weist beim Auftreffen auf dem Schirm einen gegenüber jedem Winkel der anderen leicht verschiedenen Winkel auf, was auf den Effekt des Vergrößerungslinsensystems 54 zurückzuführen ist. Ferner besitzt jeder Lichtstrahl eine etwas unterschiedliche Lichtpfadlänge. Diese wird zusätzlich durch den Abstand zwischen den jeweiligen Spiegelelementen der Anordnung 57 erhöht. Aufgrund der Unterschiede der relativen Winkel und Pfadlängen der gleichzeitig auftreffenden Lichtstrahlen ist die relative Phase der Strahlen unterschiedlich, wenn sie auf dem Bildschirm 51 auftreffen. Dies hat den Effekt einer Verringerung der Gesamtkohärenz des Lichtbildes und damit einer Verringerung der sichtbaren Fleckenbildung, ohne daß hierbei die Auflösung verringert wird.The invention overcomes this speckle problem in several ways. Images formed on the screen 51 are composed of several rays of light simultaneously striking the surface. A given ray of light will strike the screen at a slightly different angle than any of the others due to the effect of the magnifying lens system 54. Furthermore, each ray of light will have a slightly different light path length. This is further increased by the spacing between the respective mirror elements of the array 57. Due to the differences in the relative angles and path lengths of the simultaneously striking rays of light, the relative phase of the rays will be different when they strike the screen 51. This has the effect of reducing the overall coherence of the light image and thus reducing visible speckle without reducing resolution.

Der Bildschirm 51 weist auch einen mit ihm gekoppelten Wandler 90 auf. Der Wandler 90 errichtet akustische Oberflächenwellen 91, die den Bildschirm 51 mit im wesentlichen parallelen Wellen passieren. Ein wahlweiser Wellenabsorber 92 absorbiert Wellen, die den Bildschirm 51 passiert haben, um so Reflexionen zu verhindern. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wandler 90 Bogen- oder Kreiswellen erzeugen. Der Wandler 90 kann von herkömmlichem Aufbau sein, und er dient vorzugsweise dazu, Signale im Ultraschallbereich zu erzeugen, die außerhalb des menschlichen Hörvermögens liegen. Die Amplitude der akustischen Oberflächenwellen 91 ist größer als eine Wellenlänge des Lichtes. Dies dient nicht nur dazu, die relativen Lichtstrahlen aus der Phase zu bringen, sondern auch dazu, einen einzelnen Strahl zu streuen. Der Grund dafür besteht darin, daß der Winkel, mit dem der Strahl auf die Anzeigeoberfläche 51 auftrifft (und damit der Winkel, unter dem der Strahl reflektiert oder gebeugt wird), sich aufgrund der akustischen Oberflächenwelle ändert. Der Bildschirm 51 kann sowohl im Vorderseitenprojektions- oder im Rückseitenprojektionsmodus verwendet werden.The screen 51 also has a transducer 90 coupled thereto. The transducer 90 establishes surface acoustic waves 91 that pass the screen 51 with substantially parallel waves. An optional wave absorber 92 absorbs waves that have passed the screen 51 to prevent reflections. In other embodiments, the transducer 90 may generate arc or circular waves. The transducer 90 may be of conventional construction and is preferably used to generate signals in the ultrasonic range, which are beyond the range of human hearing. The amplitude of the surface acoustic waves 91 is greater than a wavelength of light. This serves not only to bring the relative light rays out of phase, but also to scatter a single beam. The reason for this is that the angle at which the beam strikes the display surface 51 (and hence the angle at which the beam is reflected or diffracted) changes due to the surface acoustic wave. The screen 51 can be used in either front projection or rear projection mode.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Bildschirm 51 im Stand der Technik bekannte Materialien enthalten oder mit diesen beschichtet sein (wie etwa Uranylionen, Lanthanionen, Erbiumionen, organische fluoreszierende Tageslichtfarbstoffe, usw.), die eine optische Fluoreszenz zeigen, wenn sie durch nicht sichtbares Licht angeregt werden. Der Laser 61 erzeugt entweder UV- oder IR-Licht (je nach den ausgewählten Materialien). Vorzugsweise wird der Bildschirm 51 in dem Rückseitenprojektionsmodus verwendet. Die dem Betrachter zugewandte Seite des Bildschirmes (die Seite, die der dem Bilderzeuger 50 zugewandten Seite gegenüberliegt) ist zusätzlich mit einem Material beschichtet, das das Licht von dem Laser 61 absorbiert, um so sichtbare Störungen soweit wie möglich zu vermeiden. Wahlweise kann die Beschichtung das Licht reflektieren. Aus den weiter unten erörterten Gründen besitzt das fluoreszierende Material eine Abklingzeit, die wesentlich geringer als bei Leuchtstoffen ist, die in herkömmlichen CRTs verwendet werden.In another embodiment of the invention, the screen 51 may contain or be coated with materials known in the art (such as uranyl ions, lanthanum ions, erbium ions, organic fluorescent daylight dyes, etc.) that exhibit optical fluorescence when excited by non-visible light. The laser 61 generates either UV or IR light (depending on the materials selected). Preferably, the screen 51 is used in the rear projection mode. The side of the screen facing the viewer (the side opposite the side facing the imager 50) is additionally coated with a material that absorbs the light from the laser 61 so as to minimize visible interference. Optionally, the coating may reflect the light. For reasons discussed below, the fluorescent material has a decay time that is significantly less than phosphors used in conventional CRTs.

Der SLM 56 ist mit dem Computer 59 über einen Steuerbus 70 gekoppelt. Der Computer 59 steuert jedes Spiegelelement (wie etwa 58) der Anordnung 57. Diese Spiegelelemente werden zwischen der "Ein"-Position und der "Aus"-Position umgeschaltet, um das Bild auf dem Bildschirm 51 zu erzeugen.The SLM 56 is coupled to the computer 59 via a control bus 70. The computer 59 controls each mirror element (such as 58) of the array 57. These mirror elements are switched between the "on" position and the "off" position to produce the image on the screen 51.

Bei der zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung ist der Computer 59 auch mit dem Laser 61 gekoppelt. Der Laser 61 ist von dem Mehrmoden- oder gepulsten Typ, der im Stand der Technik allgemein bekannt ist. Der Computer 59 steuert die Austrittslichtfrequenz des Lasers 61. Durch weiter unten erörterte Techniken kann eine Farbanzeige durch eine sequentielle Zeitzuordnung der durch den Laser 61 erzeugten Frequenzen gebildet werden. In gleicher Weise kann der Bildschirm 51 eine Mehrzahl von Materialien aufweisen, die jeweils bei einer unterschiedlichen Farbe fluoreszieren, in Abhängigkeit von der Frequenz der auftreffenden Lichtstrahlen.In the additional embodiment of the invention, the computer 59 is also coupled to the laser 61. The laser 61 is of the multi-mode or pulsed type well known in the art. The computer 59 controls the output light frequency of the laser 61. By techniques discussed below, a color display can be formed by sequentially timing the frequencies generated by the laser 61. Similarly, the screen 51 can comprise a plurality of materials, each of which fluoresces at a different color depending on the frequency of the incident light rays.

Ein Teil der Anordnung 57 ist in Figur 2b mit deformierbaren Spiegelzellen 48, 72, 73 und 74 dargestellt. Nur die Zelle 48 wird im einzelnen erläutert. Der Spiegel 110 der Zelle 48 ist um Drehgelenke 112 und 113 bewegbar. Die Bewegung des Spiegels 110 ist am besten in Figur 2c dargestellt. Der Spiegel 110 ist um eine Achse 116 aus der durch eine gestrichelte Linie 118 dargestellten Position in eine durch eine gestrichelte Linie 134 dargestellte Position bezüglich der normalen Oberfläche 120 bewegbar.A portion of the assembly 57 is shown in Figure 2b with deformable mirror cells 48, 72, 73 and 74. Only cell 48 will be discussed in detail. The mirror 110 of cell 48 is movable about pivots 112 and 113. The movement of the mirror 110 is best shown in Figure 2c. The mirror 110 is movable about an axis 116 from the position shown by a dashed line 118 to a position shown by a dashed line 134 with respect to the normal surface 120.

In der "Ein"-Position berührt die Kante 120 des Spiegels 116 die Landeelektrode 122. Der Spiegel 110 wird durch Anlegen der geeigneten Spannung an die Steuerelektrode 124 in die "Ein"-Position bewegt. Die Spannung an dieser Elektrode wird an die positive Elektrode 128 und über einen Inverter 129 an die negative Elektrode 130 angelegt. Eine Differenzvorspannung wird über eine Elektrode 132 an den Spiegel 130 angelegt. In der durch die Linie 118 gezeigten Position lenkt der Spiegel 130 einen Teil des Lichtstrahls von dem Lichtpfad 64 entlang dem Lichtpfad 66 über das System 54 entlang dem Lichtpfad 53 auf das Pixel 52 auf der Anzeige 51. Wird eine negative Spannung (die "Aus"-Position) an die Elektrode 124 angelegt, so dreht sich der Spiegel 110 in die Position, die durch die gestrichelte Linie 134 in Figur 2c dargestellt ist, und er lenkt einen Teil des Lichtstrahles entlang des Lichtpfades 65.In the "on" position, the edge 120 of the mirror 116 contacts the landing electrode 122. The mirror 110 is moved to the "on" position by applying the appropriate voltage to the control electrode 124. The voltage at this electrode is applied to the positive electrode 128 and through an inverter 129 to the negative electrode 130. A differential bias is applied to the mirror 130 via an electrode 132. In the position shown by line 118, the mirror 130 directs a portion of the light beam from the light path 64 along the light path 66, through the system 54 along the light path 53 to the pixel 52 on the display 51. When a negative voltage (the "off" position) is applied to the electrode 124, the mirror 110 rotates to the position shown by the dashed line 134 in Figure 2c and directs a portion of the light beam along the light path 65.

In Figur 3 ist eine Signalquelle 140, die zum Beispiel ein TV-Tuner wie einer der oben mit eingeschlossenen sein kann, ist über einen Bus 142 mit einem Elektroniksystem 144 verbunden. Der Bus 142 ist mit einem Analog/Digital (A/D)-Wandler 146 verbunden. Das von dem A/D-Wandler 146 von dem Bus 142 empfangene Analogsignal wird durch den A/D-Wandler 146 in digitale Codes auf dem Bus 148 umgewandelt. Diese digitalen Codes sind repräsentativ für die Chrominanz- und Luminanz-Information eines jeden Pixels eines Bildes. Über den Bus 148 werden die digitalen Codes von dem Wandler 146 zu einem Pufferspeicher 150 übertragen. Die digitalen Codes von dem Wandler 146 werden in dem Pufferspeicher 150 gespeichert. In einem anderen Modus können digitale Codes oder Informationen zum Beispiel von einem Computer oder einem Graphiksystem über den Bus 152 in den Pufferspeicher 150 geladen werden. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung können allerdings sämtliche Informationen über den Bus 152 kommen, und die Signalquelle 140, der Bus 142, der Wandler 146 und 148 sind hierbei nicht erforderlich.In Figure 3, a signal source 140, which may be, for example, a TV tuner such as one of those included above, is connected to an electronic system 144 via a bus 142. The bus 142 is connected to an analog-to-digital (A/D) converter 146. The analog signal received by the A/D converter 146 from the bus 142 is converted by the A/D converter 146 into digital codes on the bus 148. These digital codes are representative of the chrominance and luminance information of each pixel of an image. Via the bus 148, the digital codes from the converter 146 are transferred to a buffer memory 150. The digital codes from the converter 146 are stored in the buffer memory 150. In another mode, digital codes or information may be loaded into buffer memory 150 from, for example, a computer or graphics system via bus 152. However, in some embodiments of the invention, all information may come via bus 152 and signal source 140, bus 142, converters 146 and 148 are not required.

Der Pufferspeicher 150 kann ein Eintor-RAM-Speicher (RAM) sein. In diesem Fall kann die Busarbitration zwischen den Bussen 148, 156 und 152 in herkömmlicher Weise durch DMA (direct memory acces)-Kontroller erfolgen, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist. Erste Priorität wird dem Bus 148 eingeräumt (da es keinen praktischen Weg gibt, das Eingehen von Daten von der Signalquelle 140 zu stoppen). Die zweite Priorität wird dem Bus 156 eingeräumt, da er Anzeigedaten sehr schnell erhalten muß. Alternativ kann der Pufferspeicher 150 für einen erhöhten Durchsatz vom Zweitor- oder vom Dreitor-Typ sein. Der Aufbau von Mehrtor-Speichern ist im Stand der Technik ebenfalls allgemein bekannt.Buffer memory 150 may be a single port random access memory (RAM). In this case, bus arbitration between buses 148, 156 and 152 may be performed in a conventional manner by direct memory access (DMA) controllers, as is well known in the art. First priority is given to bus 148 (since there is no practical way to stop data from arriving from signal source 140). Second priority is given to bus 156 because it must receive display data very quickly. Alternatively, buffer memory 150 may be of the two-port or three-port type for increased throughput. The construction of multi-port memories is also well known in the art.

Die digitalen Codes oder Informationen repräsentieren zusammen ein anzuzeigendes Bild. Die digitalen Codes in dem Pufferspeicher 150 werden über den Bus 156 zu einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 154 übertragen. Die CPU kann ein üblicher Mikroprozessor wie etwa ein TMS 99000 (hergestellt von Texas Instruments) oder, was noch wünschenswerter ist, ein digitaler Signalprozessor (DSP) wie zum Beispiel der TMS 320C10, TMS 320C20, TMS 320C25 und TMS 320C30 sein. Einzelheiten zur Verwendung und zum Aufbau dieser DSPen ergeben sich aus Digital Signal Processing - Products and Applications "Primer" (1988), TMS 320C1x User's Guide (1987), TMS 320C10 User's Guide (1983), TMS 320C2x User's Guide (1987> , TMS 32020 User's Guide (1986), TMS 320C25 User's Guide "Preliminary" (1986), und TMS 320C30 User's Guide (1988), die alle durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind.The digital codes or information collectively represent an image to be displayed. The digital codes in the buffer memory 150 are transferred to a central processing unit (CPU) 154 via bus 156. The CPU may be a conventional microprocessor such as a TMS 99000 (manufactured by Texas Instruments) or, more desirably, a digital signal processor (DSP) such as the TMS 320C10, TMS 320C20, TMS 320C25 and TMS 320C30. Details on the use and construction of these DSPs can be found in Digital Signal Processing - Products and Applications "Primer" (1988), TMS 320C1x User's Guide (1987), TMS 320C10 User's Guide (1983), TMS 320C2x User's Guide (1987), TMS 32020 User's Guide (1986), TMS 320C25 User's Guide "Preliminary" (1986), and TMS 320C30 User's Guide (1988), all of which are incorporated by reference.

Die CPU 154 ist über den Bus 158 mit einem Videospeicher 160 verbunden, der vorzugsweise aus Video-DRAMs (VRAMs) wie etwa dem TMS4461 von Texas Instruments, Inc., Dallas, Texas, hergestellt ist. Vorzugsweise werden mehrere VRAMs verwendet, wobei die seriellen Hochgeschwindigkeitsausgänge eines jeden VRAM einigen der Spalten der erzeugten Anzeige auf dem Bildschirm 178 entsprechen. Dies erfolgt so, daß die Lastbandbreite des planaren Projektors 172 erhöht wird. Der Grund dafür, daß eine große Lastbandbreite erforderlich ist, ergibt sich aus der weiter unten folgenden Diskussion.The CPU 154 is connected via bus 158 to a video memory 160, which is preferably made of video DRAMs (VRAMs) such as the TMS4461 from Texas Instruments, Inc., Dallas, Texas. Preferably, multiple VRAMs are used, with the high-speed serial outputs of each VRAM corresponding to some of the columns of the generated display on the screen 178. This is done to increase the load bandwidth of the planar projector 172. The reason a large load bandwidth is required is discussed below.

Die CPU 154 decodiert die Videoinformation, einschließlich der Chrominanz und Luminanz, innerhalb der Information von dem Speicher 150. Die CPU 154 ist dazu programmiert, ein Bild aus dieser Information zu extrahieren und dieses Bild einschließlich der Chrominanz und Luminanz in dem Videospeicher 160 zu speichern. Das Bild kann durch die CPU 154 unter Befehlen über den Bus 162 oder unter der Steuerung ihres Programms auch geändert werden. Der Pufferspeicher 150 und der Videospeicher 160 enthalten einen Speicher 164, und sie können als einziger Speicher aufgebaut sein. Überdies kann der Videospeicher 160 unmittelbar von einem Graphiksystem oder einem Computer 166 über den Bus 168 geladen werden.The CPU 154 decodes the video information, including the chrominance and luminance, within the information from the memory 150. The CPU 154 is programmed to extract an image from this information and store this image including the chrominance and luminance in the video memory 160. The image may also be modified by the CPU 154 under commands via bus 162 or under the control of its program. The buffer memory 150 and the video memory 160 include a memory 164 and may be constructed as a single memory. Moreover, the video memory 160 may be loaded directly from a graphics system or a computer 166 via bus 168.

Das Elektroniksystem 144 und das Projektionssystem 172 enthalten ein Bilderzeugungssystem 174, bei dem das Bilderzeugungssystem 1 der Figur 1a verwendet werden kann, wobei der Raummodulator 15 über den Bus 18 mit dem Videospeicher 160 verbunden ist. In gleicher Weise kann der Speicher 160 über einen Bus 70 mit dem Modulator 56 in Figur 2a verbunden sein. Anders ausgedrückt enthält das in Figur 3 gezeigte Bilderzeugungssystem mehr Einzelheiten der Elektronik, und die Figuren 1a und 2a enthalten mehr Einzelheiten bezüglich der Optik, wobei sämtliche der verschiedenen, hier offenbarten Ausftührungsformen unter Verwendung der hier dargestellten Techniken kombinert werden können, um verschiedene digitalisierte Anzeigesysteme aufzubauen. Das in dem Speicher 160 gespeicherte Bild wird über den Bus 170 zu dem Projektionssystem 172 und zum Anzeigen über einen Lichtpfad 176 zu der Anzeige 178 wie in den in den Figuren 1a-1d und 2a-2c gezeigten Systemen übertragen.The electronics system 144 and the projection system 172 include an imaging system 174 in which the imaging system 1 of Figure 1a may be used, with the spatial modulator 15 connected to the video memory 160 via bus 18. Similarly, the memory 160 may be connected to the modulator 56 in Figure 2a via bus 70. In other words, the imaging system shown in Figure 3 contains more electronics details, and Figures 1a and 2a contain more optics details, and any of the various embodiments disclosed herein may be combined using the techniques presented herein to construct various digitized display systems. The image stored in memory 160 is transferred via bus 170 to projection system 172 and to display 178 via light path 176 for display as in the systems shown in Figures 1a-1d and 2a-2c.

Aus den obigen Beschreibungen ergibt sich, daß das Projektorsystem 172 ein planarer Projektor ist. Anders ausgedrückt werden alle auf dem Bildschirm 178 anzuzeigenden Pixel gleichzeitig anstatt sequentiell durch ein Raster angestrahlt. Überdies kommen dem Projektor 178 zugeführte Daten von dem Speicher 160, während eingehende Daten in dem Pufferspeicher 150 zwischengespeichert werden. Damit ist die Übertragungsgeschwindigkeit für Daten zu dem Projektor 172 völlig unabhängig von der Übertragungsgeschwindigkeit von Daten, die von der Signalquelle 140 eingehen. Damit ist die vorliegende Erfindung von der Rastergeschwindigkeit unabhängig.From the above descriptions, it is apparent that the projector system 172 is a planar projector. In other words, all of the pixels to be displayed on the screen 178 are illuminated simultaneously rather than sequentially by a raster. Moreover, data supplied to the projector 178 comes from the memory 160, while incoming data is temporarily stored in the buffer memory 150. Thus, the transfer rate for data to the projector 172 is completely independent of the transfer rate of data received from the signal source 140. Thus, the present invention is independent of the raster speed.

In den Vereinigten Staaten ist die Fernsehübertragungsnorm NTSC. Dies erfordert eine Zwischenzeilen-Bildelementfolgefrequenz von 60 Hertz. In anderen Ländern können die Bildelementfolgefrequenzen 50 Hertz sein. Die Rastergeschwindigkeit ist natürlich unmittelbar mit der Bildelementfolgefrequenz verknüpft. Da die vorliegende Erfindung von der Rastergeschwindigkeit und der Bildelementfolgefrequenz unabhängig ist, kann sie in jedem Land frei verwendet werden. Die CPU 154 muß nur die Frequenz des Synchronisiersignals erfassen (oder Verwendung des Farbsynchronsignals oder anderer bekannter Techniken), um zu bestimmen, wie die Daten im Speicher 160 zu speichern sind. Bei einer alternativen Ausführungsform ist ein Schalter vorgesehen, um dem Benutzer zu gestatten, die verwendete Norm auszuwählen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Signalquelle 140 der CPU 154 ein Signal liefern, das der Übertragungsfrequenz zugeordnet ist, auf die abgestimmt wurde, um die CPU 154 über die verwendete Übertragungsnorm zu informieren.In the United States, the television broadcast standard is NTSC. This requires an interline pixel rate of 60 hertz. In other countries, pixel rates may be 50 hertz. The raster speed is, of course, directly related to the pixel rate. Since the present invention is independent of the raster speed and pixel rate, it can be freely used in any country. The CPU 154 only has to detect the frequency of the synchronizing signal (or use the color burst signal or other known techniques) to determine how to store the data in the memory 160. In an alternative embodiment, a switch is provided to allow the user to select the standard used. In another embodiment, the signal source 140 may provide the CPU 154 with a signal associated with the broadcast frequency to which it has been tuned to inform the CPU 154 of the broadcast standard used.

Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der in dem Projektorsystem 172 verwendete SLM eine Anordnung von 1280 mal 800 Zellen. Damit besitzt das Anzeigebild auf dem Bildschirm 178 eine Auflösung von 1280 mal 800 Pixel (wobei jeder Pixel einer Zelle entspricht). Natürlich kann jede Größe gewählt werden, in Abhängigkeit von der Anwendung.In the presently preferred embodiment of the invention, the SLM used in the projector system 172 contains a 1280 by 800 cell array. Thus, the display image on the screen 178 has a resolution of 1280 by 800 pixels (each pixel corresponding to one cell). Of course, any size can be chosen, depending on the application.

Die NTSC-Übertragungsnorm besitzt eine Bildauflösung von etwa 320 mal 200 Pixel. Ein einfacher Weg der Darstellung von NTSC-Daten auf der Anzeige der vorliegenden Erfindung würde darin bestehen, eine Unteranordnung von 16 Zellen (d.h. eine 4 mal 4 Unteranordnungs-Matrix) für jedes der Pixel zu steuern. Dies würde jedoch dazu führen, daß ein verstärktes projiziertes Bild sehr grob erscheint. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform werden die in den Pufferspeicher geladenen NTSC-Daten durch die CPU 154 verarbeitet, bevor sie in den Speicher 160 geladen werden. Diese Verarbeitung verwendet den allgemein bekannten Algorithmus des nächstgelegenen Nachbarn, um Zwischenanzeigepixel sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung zu interpolieren, da zumindest ein ganzer Datenrahmen (oder zumindest verschiedene Zeilen von Daten) in dem Pufferspeicher 150 gespeichert werden können. Somit können für jedes Pixel von NTSC-Daten 15 zusätzliche Pixel durch die CPU 54 berechnet werden. Eine zusätzliche und/oder alternative Verarbeitung einschließlich anderer Algorithmen als der derzeit bevorzugte Algorithmus des nächstgelegenen Nachbarn können verwendet werden. Dies dient dazu, das Bild gleichmäßiger zu machen und die sichtbare Auflösung zu erhöhen.The NTSC broadcast standard has an image resolution of approximately 320 by 200 pixels. A simple way of displaying NTSC data on the display of the present invention would be to control a subarray of 16 cells (i.e., a 4 by 4 subarray matrix) for each of the pixels. However, this would result in an enhanced projected image appearing very coarse. In the presently preferred embodiment, the NTSC data loaded into the buffer memory is processed by the CPU 154 before being loaded into the memory 160. This Processing uses the well-known nearest neighbor algorithm to interpolate intermediate display pixels in both the horizontal and vertical directions, since at least an entire frame of data (or at least several lines of data) may be stored in the buffer memory 150. Thus, for each pixel of NTSC data, 15 additional pixels may be calculated by the CPU 54. Additional and/or alternative processing including algorithms other than the currently preferred nearest neighbor algorithm may be used. This serves to smooth out the image and increase the visible resolution.

In gleicher Weise wendet die CPU 162 dann, wenn die eingehenden Daten eine Bildauflösung besitzen, die größer als die ist, die von dem Projektor 172 angezeigt werden kann (d.h. größer als die Anzahl von Zellen in dem SLM), Verarbeitungsroutinen auf die Daten in dem Pufferspeicher 150 an, bevor die Ergebnisse in dem Speicher 160 gespeichert werden. Diese Verarbeitung beruht wiederum darauf, daß eine Matrixuntergruppe (d.h. horizontal und vertikal benachbarte Pixel) der Bilddaten in dem Pufferspeicher 150 betrachtet werden. Ein berechnetes Pixel wird dann an den Speicher 160 zur Anzeige durch den Projektor 172 auf dem Bildschirm 178 ausgegeben. Da jedes anzuzeigende Pixel berechnet wird, ist es nicht erforderlich, daß die Auf lösungsgröße der eingehenden Daten ein ganzes Vielfaches der Anzeigeauf lösung ist. Damit ist die Erfindung sowohl hinsichtlich der Datenübertragungsgeschwindigkeit als auch hinsichtlich der Auflösung völlig unabhängig von der Norm.Similarly, if the incoming data has an image resolution greater than that which can be displayed by the projector 172 (i.e., greater than the number of cells in the SLM), the CPU 162 applies processing routines to the data in the buffer 150 before storing the results in the memory 160. This processing again relies on looking at a matrix subset (i.e., horizontally and vertically adjacent pixels) of the image data in the buffer 150. A calculated pixel is then output to the memory 160 for display by the projector 172 on the screen 178. Since each pixel to be displayed is calculated, it is not necessary for the resolution size of the incoming data to be an integer multiple of the display resolution. Thus, the invention is completely standard independent in terms of both data transfer speed and resolution.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In Figur 4 besitzt das Bilderzeugungssystem 210 ein Elektroniksystem 212 und eine Projektionseinrichtung 214. Dies ist ein Farbsystem mit einem Grün-Laser 216, einem Rot-Laser 218 und einem Blau-Laser 220. Der Grün-Laser 216 erzeugt einen Strahl grünen Lichts entlang des Lichtpfades 222. Der Rot- Laser 218 erzeugt einen Strahl roten Lichtes entlang des Lichtpfades 224. Der Blau-Laser 220 erzeugt einen Strahl blauen Lichtes entlang des Lichtpfades 226. Ein Kombinationsspiegel 228 läßt das grüne Licht von dem Lichtpfad 222 über einen Lichtpfad 230 passieren, und er lenkt das rote Licht von dem Lichtpfad 224 zu dem Lichtpfad 230 um. Ein weiterer Kombinationsspiegel 232 ist entlang des Lichtpfades 230 angeordnet, um das grüne und das rote Licht von dem Lichtpfad 230 über den Lichtpfad 234 passieren zu lassen und das blaue Licht von dem Lichtpfad 226 zu dem Lichtpfad 234 umzulenken.Figure 4 shows another embodiment of the invention. In Figure 4, the imaging system 210 has an electronic system 212 and a projection device 214. This is a color system with a green laser 216, a red laser 218 and a blue laser 220. The green laser 216 generates a beam of green light along the light path 222. The red laser 218 generates a beam of red light along the light path 224. The blue laser 220 produces a beam of blue light along the light path 226. A combination mirror 228 passes the green light from the light path 222 through a light path 230 and redirects the red light from the light path 224 to the light path 230. Another combination mirror 232 is arranged along the light path 230 to pass the green and red light from the light path 230 through the light path 234 and to redirect the blue light from the light path 226 to the light path 234.

Eine Strahlenausweiteinheit 236 weitet das Licht von dem Lichtpfad 234 zu einem Strahl größeren Durchmessers entlang des Lichtpfades 238. Das Licht von dem Lichtpfad 238 wird von dem Spiegel 240 auf einen Raumlichtmodulator 242 umgelenkt, der eine deformierbare Spiegelanordnung wie etwa die in den Figuren 2b und 2c gezeigte Vorrichtung sein kann. Der Spiegel 240 lenkt das Licht von dem Pfad 238 zu dem Lichtpfad 250 um. Das Licht von dem Pfad 250 trifft auf den Raumlichtmodulator 242. Wurde mit den Steuersignalen von dem Speicher in dem Elektroniksystem 212 (nur das Computersystem 243 und der Bus 244 sind gezeigt) eine positive Spannung an die deformierbare Zelle 246 angelegt, so dreht sie sich nach links (wie in Figur 4 gezeigt) oder nach rechts, wenn eine negative Spannung angelegt wird. Wurde mit den Steuersignalen von dem Speicher in dem Elektroniksystem 212 (nur das Computersystem 243 und der Bus 244 sind gezeigt) eine negative Spannung an die deformierbare Zelle 248 angelegt, so dreht sich diese nach rechts (wie in Figur 4 gezeigt), oder sie dreht sich nach links, wenn eine positive Spannung angelegt wird. Dies wird weiter unten anhand der Figuren 8 und 9 näher erläutert.A beam expander 236 expands the light from the light path 234 into a larger diameter beam along the light path 238. The light from the light path 238 is redirected by the mirror 240 to a spatial light modulator 242, which may be a deformable mirror arrangement such as the device shown in Figures 2b and 2c. The mirror 240 redirects the light from the path 238 to the light path 250. The light from the path 250 strikes the spatial light modulator 242. When a positive voltage has been applied to the deformable cell 246 with the control signals from the memory in the electronics system 212 (only the computer system 243 and the bus 244 are shown), it rotates to the left (as shown in Figure 4) or to the right when a negative voltage is applied. When a negative voltage is applied to the deformable cell 248 using the control signals from the memory in the electronic system 212 (only the computer system 243 and the bus 244 are shown), it rotates to the right (as shown in Figure 4), or it rotates to the left when a positive voltage is applied. This is explained in more detail below with reference to Figures 8 and 9.

Wie in Figur 4 gezeigt wird der Teil des Lichtes von dem der Zelle 246 zugeordneten Lichtpfad 250 entlang dem Lichtpfad 252 umgelenkt. Der Lichtpfad 252 schneidet das Projektionssystem 254 oder die Anzeige (oder den Schirm) 256 nicht. Der Teil des Lichtes von dem der Zelle 248 zugeordneten Pfad 250 wird entlang dem Lichtpfad 258 umgelenkt. Der Lichtpfad 258 schneidet die Projektionsoptik 254. Der von der Zelle 248 entlang dem Lichtpfad 248 umgelenkte Lichtstrahl wird ausgeweitet und durch die Projektionsoptik zusammen mit allen anderen Zellen (nicht gezeigt) auf dem Raumlichtmodulator 242, die gedreht werden, um Licht zu der Projektionsoptik 254 zu lenken, auf die Anzeige 256 gelenkt. Dadurch wird ein Bild auf der Anzeige 256 erzeugt, die entlang dem Lichtpfad 260 von der Projektionsoptik 254 angeordnet ist. Die Laser 216, 218 und 220 werden nacheinander durch das Elektroniksystem 212 aktiviert. Der Computer 243 lädt die entsprechende Information für jede Farbe. Ist beispielsweise der Grün- Laser 216 zu aktivieren, so wird die Information des Grün- Anteils des Bildes in den Modulator 242 geladen. Dies wird weiter unten näher erläutert. Die Projektionsoptik 254 kann zum Beispiel ein Linsensystem oder eine Lichtleitfaseranordnung sein.As shown in Figure 4, the portion of the light from the light path 250 associated with the cell 246 is redirected along the light path 252. The light path 252 does not intersect the projection system 254 or the display (or screen) 256. The portion of the light from the path 250 associated with the cell 248 is redirected along light path 258. Light path 258 intersects projection optics 254. The light beam redirected by cell 248 along light path 248 is expanded and directed by the projection optics onto display 256 along with any other cells (not shown) on spatial light modulator 242 that are rotated to direct light to projection optics 254. This produces an image on display 256 which is arranged along light path 260 from projection optics 254. Lasers 216, 218 and 220 are activated sequentially by electronics system 212. Computer 243 loads the appropriate information for each color. For example, if green laser 216 is to be activated, information for the green portion of the image is loaded into modulator 242. This is explained in more detail below. The projection optics 254 may be, for example, a lens system or an optical fiber arrangement.

Die Erfindung befaßt sich mit der kritischen Flackerfrequenz (CFF) des menschlichen Auges. Die CFF ist die Frequenz, bei der das Auge nicht mehr in der Lage ist, ein flackerndes (d.h. schnell zwischen Dunkel und Hell wechselndes) Bild als verschiedene Blitze wahrzunehmen, sondern dieses nur noch als kontinuierliche Lichtquelle wahrnimmt. Diese Frequenz ändert sich mit der Intensität der Quelle. Zum Beispiel ist bei einer geringen Helligkeit (Netzhautillumination von 1.6 Photonen) die CFF etwa 5 Hertz. Bei höheren Luminanzpegeln (Netzhautillumination von 5 Photonen) ist die CFF größer als 60 Hertz. Das Auge besitzt eine Integrationszeit von 100 bis 200 Millisekunden (abhängig von der Intensität), bevor es die relative Intensität einer Lichtquelle wahrnehmen kann. Daher kann die Helligkeit für jedes angezeigte Pixel durch das erf indungsgemäße System dadurch verändert werden, daß eine Konstantlichtquelle schnell moduliert wird.The invention is concerned with the critical flicker frequency (CFF) of the human eye. The CFF is the frequency at which the eye is no longer able to perceive a flickering (i.e. rapidly changing between dark and light) image as various flashes, but only perceives it as a continuous light source. This frequency changes with the intensity of the source. For example, at low brightness (retinal illumination of 1.6 photons) the CFF is about 5 Hertz. At higher luminance levels (retinal illumination of 5 photons) the CFF is greater than 60 Hertz. The eye has an integration time of 100 to 200 milliseconds (depending on intensity) before it can perceive the relative intensity of a light source. Therefore, the brightness for each displayed pixel can be changed by the inventive system by rapidly modulating a constant light source.

In vergleichbarer Weise besitzt das Auge auch eine Integrationszeit für Farbe. Dies bedeutet, daß bei einer Abfolge mehrerer Farben das Auge diese zu einer einzigen Farbe verschmelzen läßt. Werden beispielsweise die Primärfarben Rot, Grün und Blau in schneller Folge geliefert, so sieht das Auge eine weiße Quelle. Indem die Intensität jeder Primärfarbe geändert wird (einschließlich durch die oben erläuterte Zeitmodulation), so kann jede beliebige Farbe ausgewählt werden.In a similar way, the eye also has an integration time for color. This means that when several colors are seen, the eye merges them into a single color. For example, if the primary colors red, green, and blue are presented in rapid succession, the eye sees a white source. By changing the intensity of each primary color (including through the time modulation discussed above), any color can be selected.

Der SLM der Erfindung kann bei einer sehr hohen Frequenz moduliert werden. Zum Beispiel besitzen die Spiegelzellen eine Schaltzeit zwischen Ein und Aus von etwa 10 Mikrosekunden. In gleicher Weise kann die Anordnung Steuerdaten bei einer sehr hohen Rate annehmen. Wie dies erreicht wird, ist in den Figuren 8 und 9 gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann die gesamte Spiegelzellenanordnung des SLM geladen und jede Zelle während einer Zeitperiode von 20 Mikrosekunden geschaltet werden.The SLM of the invention can be modulated at a very high frequency. For example, the mirror cells have a switching time between on and off of about 10 microseconds. Likewise, the array can accept control data at a very high rate. How this is achieved is shown in Figures 8 and 9. In the present embodiment of the invention, the entire mirror cell array of the SLM can be charged and each cell switched during a time period of 20 microseconds.

Aufgrund dieses hohen Schaltvermögens kann der SLM der Erfindung jedes Pixel bei einer Datenrate modulieren, die 833 mal schneller als die CFF für ein helles Bild ist. Bei geringeren Pegeln der gewünschten Luminanz ist die Abweichungsrate natürlich wesentlich höher. Mit der Erfindung kann aufgrund dieser Geschwindigkeit ein weiter Dynamikbereich sowohl hinsichtlich der Chrominanz als auch hinsichtlich der Luminanz erzielt werden.Because of this high switching capability, the SLM of the invention can modulate each pixel at a data rate that is 833 times faster than the CFF for a bright image. At lower levels of desired luminance, the deviation rate is of course much higher. With the invention, a wide dynamic range can be achieved in both chrominance and luminance due to this speed.

Ein Beispiel dafür, wie unterschiedliche Luminanzpegel erreicht werden, ist in Figur 5a gezeigt. Der Einfachheit halber wird für jede Zeitperiode (T1, T2 ... T25) angenommen, daß sie 4 Millisekunden beträgt, obwohl, wie angeführt, der SLM der Erfindung wesentlich schneller arbeitet. Dies geschieht nur, um aufzuzeigen, daß verschiedene Luminanzpegel selbst bei diesen geringen Raten erreicht werden können und die Geschwindigkeit immer noch höher ist als die kritische Flackerfreguenz. Jede große Zeitzunahme (entsprechend 4 Zeitschlitzen von jeweils 4 Millisekunden) repräsentiert die gleiche Pixelstelle auf dem Schirm und die gewünschte, von der Signalquelle erhaltene Intensität. Die horizontalen Linien repräsentieren das von dem SLM gelieferte Signal. Nimmt die Horizontallinie beispielsweise die untere Position ein, so lenkt der SLM kein Licht auf den Bildschirm, während das Licht dann, wenn die Horizontallinie die höhere Position einnimmt, auf den Bildschirm gelenkt wird.An example of how different luminance levels are achieved is shown in Figure 5a. For simplicity, each time period (T1, T2...T25) is assumed to be 4 milliseconds, although as stated, the SLM of the invention operates much faster. This is done only to show that different luminance levels can be achieved even at these low rates and the speed is still higher than the critical flicker frequency. Each large time increment (corresponding to 4 time slots of 4 milliseconds each) represents the same pixel location on the screen and the desired intensity obtained from the signal source. The horizontal lines represent the signal provided by the SLM. For example, if the horizontal line is in the lower position, the SLM will not direct light to the screen, whereas if the horizontal line is in the higher position, the light will be directed to the screen.

Die erste große Zunahme (mit den Zeitschlitzen T2 bis T5) zeigt, daß der SLM keinerlei Licht in Richtung auf den Schirm lenkt. Damit wird die angezeigte Stelle des Pixels nicht angestrahlt. Während der zweiten Zunahme (mit T6 bis T9) wird das Pixel voll angestrahlt, und es nimmt seinen Zustand an, in dem es sichtbar am hellsten ist. Die nächste Zunahme (dargestellt durch T10 bis T13) zeigt die halbe Intensität. Anders ausgedrückt wird während der Hälfte der Gesamtzeit kein Licht auf den Schirm gelenkt, wohingegen während der halben Zeit Licht auf diesen Schirm gelenkt wird.The first large increment (with time slots T2 to T5) shows that the SLM is not directing any light towards the screen. Thus, the displayed location of the pixel is not illuminated. During the second increment (with T6 to T9) the pixel is fully illuminated and assumes its state in which it is visibly brightest. The next increment (represented by T10 to T13) shows half the intensity. In other words, for half the total time no light is directed to the screen, whereas for half the time light is directed to that screen.

Die nächsten beiden großen Zunahmen (dargestellt durch T14 bis T17 und T18 bis T21) besitzen gleiche Intensität. Dies bedeutet, daß die wahrgenommene Intensität des Lichtes heller ist als bei den vorhergehenden Zunahmen, jedoch geringer als bei der zweiten. Das Auge kann jedoch die von T18 bis T21 reichende Zunahme als gerade noch heller als die von T14 bis T17 wahrnehmen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Auge eine Integrationszeit für die Intensität besitzt. Da eine ausgedehnte Periode (T15 bis T20) vorliegt, in der das Licht eingeschaltet ist, beginnt das Auge, dieses als hohen Helligkeitspegel zu integrieren, und es kann folglich die Periode T18 bis T21 als heller wahrnehmen. Änderungen in dem Muster können somit dazu verwendet werden, den sichtbaren Dynamikbereich der Helligkeit weiter zu erhöhen.The next two large increments (represented by T14 to T17 and T18 to T21) are of equal intensity. This means that the perceived intensity of the light is brighter than the previous increments, but less than the second. However, the eye can perceive the increment from T18 to T21 as just brighter than that from T14 to T17. This is because the eye has an integration time for intensity. Since there is an extended period (T15 to T20) when the light is on, the eye begins to integrate this as a high level of brightness and can therefore perceive the period T18 to T21 as brighter. Changes in the pattern can thus be used to further increase the apparent dynamic range of brightness.

Figur 5b zeigt, wie dieser Dynamikbereich weiter ausgedehnt wird. Während jeder der großen Zeitzunahmen (T2 bis T5, T6 bis T9, usw.) wurde die Lichtquelle selbst hinsichtlich der Intensität moduliert. Während das gezeigte Muster von einem Sägezahn-Typ ist, kann jedes beliebige Muster wie etwa ein logarithmisches, exponentielles, usw., verwendet werden. Betrachtet man die Figuren 5a und 5b zusammen, so ist festzustellen, daß die wahrgenommene Helligkeit der Zunahme T10 bis T13 größer als bei T22 bis T25 ist, obwohl beide Zunahmen zwei Ein-Zustände und zwei Aus-Zustände aufweisen.Figure 5b shows how this dynamic range is further extended. During each of the large time increments (T2 to T5, T6 to T9, etc.) the light source itself was modulated in intensity. While the pattern shown is of a sawtooth type, any pattern such as a logarithmic, exponential, etc. Looking at Figures 5a and 5b together, it can be seen that the perceived brightness of the increments T10 to T13 is greater than that of T22 to T25, although both increments have two on states and two off states.

Eine Modulation der Lichtquelle kann auf verschiedenste Weise erreicht werden. Zum Beispiel kann der Laser bei dem auf einem Laser basierenden Projektionssystem der Figur 2a entweder durch den Computer 59 oder durch andere Schaltungen gesteuert werden, um schnell seine Intensität des erzeugten Lichtes zu ändern. Für Generatorsysteme mit herkömmlicher Lichtquelle, wie in Figur la gezeigt, kann ein Rad mit variabler Rasterung, wie es in Figur 5c gezeigt ist, vor dem SLM 15 in dem Lichtpfad gedreht werden. Dieses sich drehende Rad würde man vorzugsweise zwischen der Lichtquelle 10 und der Linse 12 anordnen, um dazu beizutragen, den spaltenförmigen Strahl aufrechtzuerhalten.Modulation of the light source can be achieved in a variety of ways. For example, in the laser-based projection system of Figure 2a, the laser can be controlled either by the computer 59 or by other circuitry to rapidly change its intensity of generated light. For conventional light source generator systems as shown in Figure 1a, a variable pitch wheel as shown in Figure 5c can be rotated in the light path in front of the SLM 15. This rotating wheel would preferably be placed between the light source 10 and the lens 12 to help maintain the slit beam.

Farbe kann hinzugefügt werden, indem unterschiedliche Primärfarben (z.B. Rot, Grün und Blau) während eines Zeitintervalls aufeinanderfolgend vorgesehen werden, das geringer als die CFF-Zeit ist. Das Auge integriert zeitweise verschiedene Farben zu einer einzigen Farbe, wenn sie schnell genug in der Folge geliefert werden. Bei dem System der Figur 1a kann Farbe dadurch hinzugefügt werden, daß ein Rad wie das in Figur 5c gezeigte in dem zu dem SLM 15 führenden Lichtpfad gedreht wird. Indem das Rad der Figur 5c auf diese Weise verwendet wird, wirkt jeder Hauptabschnitt davon als ein unterschiedliches Farbfilter. Zum Beispiel könnte ein Abschnitt alles bis auf Rot filtern, der nächste alles bis auf Blau, und der dritte alles bis auf Grün. Damit würde ein einziges Rad sowohl eine Helligkeitssteuerung als auch eine Farbsteuerung ermöglichen. Das in Figur 5c gezeigte Rad dient lediglich der Illustration, da das Rad in mehrere Farbabschnitte unterteilt werden oder mehrere Teile enthalten oder andere geeignete Konfigurationen aufweisen könnte. Bei anderen Ausführungsformen können andere Filtersysteme wie etwa akusto-optische Spektralfilter verwendet werden.Color can be added by providing different primary colors (e.g. red, green and blue) in succession for a time interval less than the CFF time. The eye will temporarily integrate different colors into a single color if they are provided in rapid enough succession. In the system of Figure 1a, color can be added by rotating a wheel such as that shown in Figure 5c in the light path leading to the SLM 15. By using the wheel of Figure 5c in this way, each major section thereof acts as a different color filter. For example, one section could filter all but red, the next all but blue, and the third all but green. Thus, a single wheel would provide both brightness control and color control. The wheel shown in Figure 5c is for illustration purposes only, as the wheel could be divided into multiple color sections, or contain multiple parts, or have other suitable configurations. In other embodiments, other filter systems may be used. such as acousto-optical spectral filters.

Farbe kann dem System der Figur 2a hinzugefügt werden, indem ein Mehrmoden- oder gepulster Laser 61 verwendet wird. Jede Farbe könnte dadurch ausgewählt werden, daß der Laser 61 bei einer relativ schnellen Geschwindigkeit auf eine verschiedene Frequenz abgestimmt wird. Das in Figur 4 gezeigte System weist drei Farblaser (216, 218 und 220) auf. Diese wären folgegesteuert. Alternativ könnten alle Pixel einer gegebenen Farbe (abgeleitet von verschiedenen Kombinationen der drei Laser 216, 218 und 220, die gleichzeitig Licht bei unterschiedlichen Intensitäten erzeugen) gleichzeitig angezeigt werden. Die nächste Gruppe von Pixeln einer verschiedenen Farbe oder Intensität würden angezeigt werden, usw. Natürlich könnten Pixel von unterschiedlicher Helligkeit, jedoch von gleicher Farbe, durch die Modulationstechnik des SLM innerhalb der oben erläuterten Zeitschlitze behandelt werden.Color can be added to the system of Figure 2a by using a multimode or pulsed laser 61. Each color could be selected by tuning the laser 61 to a different frequency at a relatively fast speed. The system shown in Figure 4 has three color lasers (216, 218 and 220). These would be sequenced. Alternatively, all pixels of a given color (derived from various combinations of the three lasers 216, 218 and 220 simultaneously producing light at different intensities) could be displayed simultaneously. The next group of pixels of a different color or intensity would be displayed, and so on. Of course, pixels of different brightness, but of the same color, could be handled by the modulation technique of the SLM within the time slots discussed above.

Andere als die oben erörterten Folgen sind möglich. Zum Beispiel neigen Quellen blauen Lichts (solche wie der Laser 220 der Figur 4) dazu, bei der gleichen Lichtleistung teurer zu sein als Rot oder Grün. Dann wäre es besser, sich an ein Muster wie Rot, Blau, Grün, Blau, Rot, usw. zu halten.Consequences other than those discussed above are possible. For example, blue light sources (such as laser 220 of Figure 4) tend to be more expensive than red or green for the same light output. It would then be better to stick to a pattern such as red, blue, green, blue, red, etc.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der Farbe addiert wird, dient dazu, optisch drei Projektoren wie die in den Figuren 1a und 2a gezeigten so zu kombinieren, daß ein einziges Bild erhalten wird. Jeder dieser Projektoren würde nur auf eine der Primärfarben ansprechen.Another embodiment of the invention, in which color is added, is to optically combine three projectors such as those shown in Figures 1a and 2a to produce a single image. Each of these projectors would respond to only one of the primary colors.

Die Figuren 6 und 7 zeigen ein weiteres Beispiel einer zweckmäßigen Projektionsoptik 310. Eine Lichtquelle 312 erzeugt einen Strahl im wesentlichen parallelen Lichtes entlang eines Lichtpfades 314. Ein Raumlichtmodulator 316 ist entlang dem Lichtpf ad 314 angeordnet. Wie bei den anderen Raumlichtmodulatoren wird etwas von dem Licht entlang einem Lichtpfad 318 zu der Anzeige 320 gelenkt, um ein Bild zu erzeugen, während dies für das restliche Licht nicht der Fall ist. In Figur 7 wird dieses restliche Licht entlang des Lichtpfades 322 gelenkt und von einer Platte 324 aufgefangen, wobei es die Anzeige 320 nicht erreicht. Eine gezahnte Linse 326, die aus einem einzigen Stück aus Preßmasse bestehen kann, ist entlang des Lichtpfades 318 angeordnet. Das Licht wird parallel entlang dem Lichtpfad 328 als empfangenes Licht reflektiert, wobei das Bild in der vertikalen Richtung jedoch wie in Figur 7 gezeigt vergrößert ist. Es wird auf die Unterschiede hinsichtlich der Breite zwischen den gestrichelten Linien der Lichtpfade 318 und 328 verwiesen. Das entlang dem Lichtstrahl 328 reflektierte Licht wird auf eine gezahnte Linse 330 gelenkt. Das von der Linse 330 auf die Anzeige 320 reflektierte Licht ist weiterhin parallel. Es ist jedoch in der horizontalen Richtung wie in Figur 7 gezeigt vergrößert. Die Linse 330 ist hinter der Anzeige 320 angeordnet, und es ist nur ein Teil in Figur 7 dargestellt, der in Figur 6 besser dargestellt ist. In Figur 6 wurde das Projektionssystem 310 der Figur 7 durch einen planaren Projektor 332 ersetzt. Die Linse 326 vergrößert das Licht von dem Lichtpfad 318 in der X-Richtung, und die Linse 330 vergrößert das Licht von dem Lichtpfad 326 in der Y-Richtung. Das Licht wird von der Linse 330 in der Z-Richtung zu der Anzeige 320 reflektiert. Die Linsen 326 und 330 sind gezahnt oder gestuft, wie am besten in Figur 6 von der Seitenansicht der Linse 326 zu sehen ist. Jede Stufe besitzt eine reflektierende Oberfläche, zum Beispiel die Oberfläche 340, und eine nichtreflektierende Oberfläche, wie zum Beispiel 342. Die reflektierenden Oberflächen können gerade (wie gezeigt) oder wahlweise gekrümmt sein. Eine gekrümmte reflektierende Oberfläche wird einen auftreffenden Lichtstrahl ausbreiten oder vergrößern. Wird die gekrümmte Ausführung verwendet, so kann es entbehrlich sein, einen Strahl in mehrere kleinere Strahlen zu brechen, da die gewünschte Vergrößerung weiterhin auftritt. Die Linsen 326 und 330 sind daher an einem Ende schmal (dem unteren Ende, wie in Figur 7 gezeigt) und an dem anderen Ende dicker (am oberen Ende, wie in Figur 7 gezeigt).Figures 6 and 7 show another example of a useful projection optics 310. A light source 312 generates a beam of substantially parallel light along a light path 314. A spatial light modulator 316 is disposed along the light path 314. As with the other spatial light modulators, some of the light is directed along a light path 318 to the display 320 to form an image to produce a beam of light, while the remaining light is not. In Figure 7, this remaining light is directed along the light path 322 and is intercepted by a plate 324, not reaching the display 320. A serrated lens 326, which may be made from a single piece of molding compound, is disposed along the light path 318. The light is reflected parallel along the light path 328 as received light, but the image is magnified in the vertical direction as shown in Figure 7. Note the differences in width between the dashed lines of the light paths 318 and 328. The light reflected along the light beam 328 is directed to a serrated lens 330. The light reflected from the lens 330 to the display 320 is still parallel. However, it is magnified in the horizontal direction as shown in Figure 7. Lens 330 is disposed behind display 320 and only a portion is shown in Figure 7, which is better illustrated in Figure 6. In Figure 6, projection system 310 of Figure 7 has been replaced with a planar projector 332. Lens 326 magnifies light from light path 318 in the X direction and lens 330 magnifies light from light path 326 in the Y direction. Light is reflected from lens 330 in the Z direction to display 320. Lenses 326 and 330 are serrated or stepped as best seen in Figure 6 from the side view of lens 326. Each step has a reflective surface, such as surface 340, and a non-reflective surface, such as 342. The reflective surfaces may be straight (as shown) or optionally curved. A curved reflecting surface will spread out or magnify an incident beam of light. If the curved design is used, it may not be necessary to break a beam into several smaller beams, since the desired magnification still occurs. The lenses 326 and 330 are therefore narrow at one end (the lower end, as shown in Figure 7) and thicker at the other end (the upper end, as shown in Figure 7).

Wird in dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten Anzeigesystem spaltförmiges Licht verwendet, so führt die Vergrößerung tatsächlich zu mehreren beabstandeten kleineren Lichtstrahlen, die auf die Anzeigefläche auftreffen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Anzeigeoberfläche eine in hohem Maße streuende Oberfläche (so wie aus mattem Glas), die dazu dient, die Strahlen zu verwischen, um so ein größeres Pixel zu bilden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Anzeigeoberfläche wie oben erläutert mit Farbstoffen beschichtet sein, die fluoreszieren, wenn sie durch das auftreffende Licht angeregt werden.When slit light is used in the display system shown in Figures 6 and 7, the magnification actually results in several spaced smaller beams of light striking the display surface. In the preferred embodiment, the display surface is a highly scattering surface (such as frosted glass) which serves to blur the beams to form a larger pixel. In an alternative embodiment, the display surface may be coated with dyes as discussed above which fluoresce when excited by the incident light.

Wie in Figur 8 gezeigt, ist ein Raumlichtmodulator 410, der eine deformierbare Spiegelanordnung 412 ist, auf einem einzigen Substrat aufgebaut. Einzelheiten des Aufbaus deformierbarer Spiegelanordnungen sind in den Patenten und der Patentanmeldung dargestellt, wie sie oben mit eingeschlossen wurden. Die Zeitsteuerung für die Anordnung 412 kann an einer oder mehreren Stellen und beispielsweise in dem Zeitkreis 412 lokalisiert sein. Es ist eine rechteckige Anordnung 416 aus deformierbaren Spiegelzellen dargestellt. Die Zellen können die in den Figuren 2b und 2c gezeigten sein, angeordnet in Reihen und Spalten. Die gezeigte Anordnung enthält 1280 mal 840 Zellen, sie kann jedoch von irgendeiner beliebigen Form, zum Beispiel rechteckig oder kreisförmig sein und jede geeignete Größe wie etwa 320 mal 200 Zellen aufweisen. Ein Register 418 ist zwischen dem Zeitkreis 414 und der Anordnung 416 entlang der Oberseite (wie in Figur 8 gezeigt) der Anordnung 416 angeordnet. Das Register 418 kann ein Schieberegister sein und aus verschiedenen unterschiedlichen Registern bestehen. Das Register besitzt eine Anzahl von Abgriffen 420, zum Beispiel 10 oder 100, wie dies erforderlich ist, um sicherzustellen, daß das Register mit der erforderlichen Geschwindigkeit geladen werden kann. Die Abgriffe sind mit einem Bus verbunden (wie etwa mit dem Bus 170 in Figur 3). Der Zeitkreis kann die meisten der erforderlichen Adreß-Signale zum Laden der Information in die Anordnung 416 liefern, oder dies kann über den Bus geschehen.As shown in Figure 8, a spatial light modulator 410, which is a deformable mirror array 412, is constructed on a single substrate. Details of the construction of deformable mirror arrays are shown in the patents and patent application incorporated above. The timing control for the array 412 may be located at one or more locations, such as in the timing circuit 412. A rectangular array 416 of deformable mirror cells is shown. The cells may be those shown in Figures 2b and 2c, arranged in rows and columns. The array shown contains 1280 by 840 cells, but it may be of any shape, such as rectangular or circular, and of any suitable size, such as 320 by 200 cells. A register 418 is disposed between the timing circuit 414 and the array 416 along the top (as shown in Figure 8) of the array 416. The register 418 may be a shift register and may consist of several different registers. The register has a number of taps 420, for example 10 or 100, as required to ensure that the register can be loaded at the required speed. The taps are connected to a bus (such as bus 170 in Figure 3). The timing circuit may provide most of the address signals required to load the information into the Arrangement 416, or this can be done via the bus.

Ein Decoder 422 ist entlang einer anderen Seite der Anordnung vorgesehen (der linken Seite, wie in Figur 8 gezeigt). Der Decoder 244 liefert die erforderlichen Steuersignale, um die entsprechende Reihe in der Anordnung 416 in Abhängigkeit von einer Adresse für die Information in dem zu ladenden Register 418 auszuwählen. Der Decoder 424 ist entlang einer anderen Kante der Anordnung 416 nach Figur 8 an der Unterseite angeordnet. Der Decoder 424 liefert die erforderlichen Steuersignale, um eine von verschiedenen Speicherzellen auszuwählen, die sämtlichen oder zumindest den deformierbaren Spiegelzellen in der Anordnung 416 zugeordnet sind. Ein Zähler oder Umschalter entweder in dem Zeitkreis 414 oder dem Decoder 424 liefert die Adresse der richtigen auszuwählenden Speicherzelle. Zum Beispiel kann ein Pixelcode, der in die Speicherzelle 1 von 3 jeder deformierbaren Spiegelzelle zugeordneten Speicherzellen geladen wurde, durch die ausgewählte Speicherzelle 1 sämtlicher oder zumindest der meisten der deformierbaren Spiegelzellen angezeigt werden, zum Beispiel durch die Speicherzelle 426 der Figur 9. Es ist festzustellen, daß der Decoder 422 nicht nur bestimmen muß, welche Reihe von deformierbaren Spiegelzellen auszuwählen ist, sondern auch bestimmen muß, welche der Spiegelzellen, die diesen deformierbaren Speicherzellen zugeordnet sind, auszuwählen ist.A decoder 422 is provided along another side of the array (the left side as shown in Figure 8). The decoder 424 provides the necessary control signals to select the appropriate row in the array 416 in response to an address for the information in the register 418 to be loaded. The decoder 424 is provided along another edge of the array 416 of Figure 8 at the bottom. The decoder 424 provides the necessary control signals to select one of several memory cells associated with all or at least the deformable mirror cells in the array 416. A counter or switch in either the timing circuit 414 or the decoder 424 provides the address of the correct memory cell to be selected. For example, a pixel code loaded into memory cell 1 of 3 memory cells associated with each deformable mirror cell may be displayed by the selected memory cell 1 of all or at least most of the deformable mirror cells, for example, memory cell 426 of Figure 9. It should be noted that decoder 422 must not only determine which row of deformable mirror cells to select, but must also determine which of the mirror cells associated with those deformable memory cells to select.

Wie in Figur 9 gezeigt, sind die Reihenauswahlleitungen 428, 430, 431 und 432 von dem Decoder 422 mit den Gate-Anschlüssen von NMOS-Zugriffstransistoren 436, 437 bzw. 438 verbunden. Die Datenleitungen 440, 446, 447 und 448 von dem Register 418 sind mit einer Seite der Source-Drain-Strecken der Transistoren 436, 437 bzw. 438 verbunden. Die andere Seite der Source-Drain-Strecken der Transistoren 436, 437 und 438 sind mit den Eingängen von CMOS-Invertern 454, 455 bzw. 456 verbunden. Die Inverter und Zugriffstransistoren können durch herkömmliche DRAM-Zellen oder SRAM-Zellen ersetzt werden. Nur der Inverter 454 wird im einzelnen erläutert. Der Inverter 454 weist einen PMOS-Transistor 460 und einen NMOS- Transistor 462 auf. Die Gate-Anschlüsse der Transistoren 460 und 462 sind mit dem Eingang des Inverters 454 verbunden. Ein Ende der Source-Drain-Strecken der Transistoren 460 und 462 ist mit dem Ausgang des Inverters 454 verbunden. Das andere Ende der Source-Drain-Strecke des Transistors 460 ist mit der Versorgungsspannung (Vcc) verbunden, während das andere Ende der Source-Drain-Strecke des Transistors 462 mit Masse verbunden ist.As shown in Figure 9, row select lines 428, 430, 431 and 432 from decoder 422 are connected to the gates of NMOS access transistors 436, 437 and 438, respectively. Data lines 440, 446, 447 and 448 from register 418 are connected to one side of the source-drain paths of transistors 436, 437 and 438, respectively. The other side of the source-drain paths of transistors 436, 437 and 438 are connected to the inputs of CMOS inverters 454, 455 and 456, respectively. The inverters and access transistors may be replaced by conventional DRAM cells or SRAM cells. Only the inverter 454 will be discussed in detail. The inverter 454 comprises a PMOS transistor 460 and an NMOS transistor 462. The gates of the transistors 460 and 462 are connected to the input of the inverter 454. One end of the source-drain paths of the transistors 460 and 462 is connected to the output of the inverter 454. The other end of the source-drain path of the transistor 460 is connected to the supply voltage (Vcc) while the other end of the source-drain path of the transistor 462 is connected to ground.

Die Ausgänge der Inverter 454, 455 und 456 sind mit einem Ende der Source-Drain-Strecken der Transistoren 468, 469 bzw. 470 verbunden. Die anderen Seiten der Source-Drain- Strecken der Transistoren 468, 469 und 470 sind mit dem Knotenpunkt 472 verbunden. Der Knotenpunkt 472 ist mit dem Eingang des Inverters 474 verbunden. Der Inverter 474 besitzt einen PMOS-Transistor 478 und einen NMOS-Transistor 480. Die Gate-Anschlüsse der Transistoren 478 und 480 sind mit dem Eingang des Inverters 474 und dem Knotenpunkt 472 verbunden. Eine Seite der Source-Drain-Strecke der Transistoren 478 und 480 ist mit dem Ausgang des Inverters 474 verbunden, der der Eingang der deformierbaren Spiegelzelle ist, wie etwa die Steuerelektrode 124 (Figur 3). Die Gate-Anschlüsse der Transistoren 468, 469 und 470 sind mit den Speicherzellen-Auswahlleitungen 484, 485 bzw. 486 verbunden, die 3 der Auswahlleitungen 488 von dem Decoder 424 sind. Es stellt sich so dar, daß der Decoder 424 die Lesefunktion der Speicherzellen und der Decoder 422 die Schreibfunktion liefert. Es ist zweckmäßig, wenigstens 2 Speicherzellen je deformierbarer Speicherzelle vorzusehen, und während in Figur 9 3 Speicherzellen gezeigt sind, kann jede beliebige erforderliche Anzahl vorgesehen sein.The outputs of inverters 454, 455 and 456 are connected to one end of the source-drain paths of transistors 468, 469 and 470, respectively. The other sides of the source-drain paths of transistors 468, 469 and 470 are connected to node 472. Node 472 is connected to the input of inverter 474. Inverter 474 has a PMOS transistor 478 and an NMOS transistor 480. The gates of transistors 478 and 480 are connected to the input of inverter 474 and node 472. One side of the source-drain path of transistors 478 and 480 is connected to the output of inverter 474, which is the input of the deformable mirror cell, such as control electrode 124 (Figure 3). The gates of transistors 468, 469 and 470 are connected to memory cell select lines 484, 485 and 486, respectively, which are 3 of the select lines 488 from decoder 424. It is seen that decoder 424 provides the read function of the memory cells and decoder 422 provides the write function. It is convenient to provide at least 2 memory cells per deformable memory cell and while 3 memory cells are shown in Figure 9, any number required may be provided.

Im Betrieb wird die Auswahlleitung 436 auf einen hohen Pegel gebracht, und der Transistor 436 wird eingeschaltet, so daß ein hoher Pegel ('1') oder ein niedriger Pegel ('0') an dem Eingang des Inverters 454, geliefert von der Leitung 446, gespeichert werden kann. Die Auswahlleitung 436 nimmt einen niedrigen Pegel an, und der Transistor 436 wird abgeschaltet, wobei die angelegte Spannung an den Gate-Anschlüssen der Transistoren 460 und 462 gespeichert wird. Weist das Signal einen hohen Pegel auf, so ist der Transistor 462 eingeschaltet, wobei Masse an den Ausgang des Inverters 454 gelegt und der Transistor 460 ausgeschaltet wird. Weist das Signal einen niedrigen Pegel auf, so ist der Transistor 460 eingeschaltet, wobei die Versorgungsspannung an den Ausgang des Inverters 454 angelegt und der Transistor 462 ausgeschaltet wird. Danach, falls das Pixel der in dem Inverter 454 gespeicherten Information angezeigt werden soll, wird die Auswahlleitung 484 auf den hohen Pegel gebracht, und der umgekehrte Wert der '0' oder '1' wird gespeichert. Der Inverter 474 invertiert seine Eingangsgröße, und die '1' oder '0' von dem Ausgang des Inverters 474 wird an die deformierbare Spiegelzelle angelegt.In operation, the select line 436 is driven high and the transistor 436 is turned on so that a high level ('1') or a low level ('0') is present at the input of the inverter 454, supplied by the line 446. can be stored. The select line 436 goes low and the transistor 436 is turned off, storing the applied voltage at the gates of the transistors 460 and 462. When the signal is high, the transistor 462 is on, ground is applied to the output of the inverter 454 and the transistor 460 is turned off. When the signal is low, the transistor 460 is on, the supply voltage is applied to the output of the inverter 454 and the transistor 462 is turned off. Thereafter, if the pixel of information stored in the inverter 454 is to be displayed, the select line 484 is brought high and the inverse value of the '0' or '1' is stored. The inverter 474 inverts its input and the '1' or '0' from the output of the inverter 474 is applied to the deformable mirror cell.

Während die Information am Inverter 454 angezeigt wird, können einer oder beide der Inverter 455 und 456 mit Information geladen werden. Ferner kann der Inverter 454 geladen werden, während die Information an irgendeinem der Inverter 455 und 456 angezeigt wird. Es ist festzustellen, daß die Leitungen 446, 447 und 448 als eine, mit den Transistoren 436, 437 und 438 verbundene Leitung hergestellt werden können. Es ist festzustellen, daß die Schaltungen der Figur 9 in NMOS-, PMOS-, CMOS-, GaAs-, bipolarer, CCD- oder in irgendeiner anderen geeigneten Technik implementiert werden können. So ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Anzeigezelle 490 in Figur 9 mit seinen Invertern, Zugriffstransistoren und Auswahltransistoren dargestellt.While information is being displayed on inverter 454, one or both of inverters 455 and 456 may be loaded with information. Furthermore, inverter 454 may be loaded while information is being displayed on any of inverters 455 and 456. It should be noted that lines 446, 447 and 448 may be made as one line connected to transistors 436, 437 and 438. It should be noted that the circuits of Figure 9 may be implemented in NMOS, PMOS, CMOS, GaAs, bipolar, CCD or any other suitable technology. Thus, a preferred embodiment of a display cell 490 is shown in Figure 9 with its inverters, access transistors and selection transistors.

Figur 10 zeigt ein Flußdiagramm für den Betrieb der CPU 154 der Figur 3. Das Ablaufdiagramm beginnt bei dem Schritt 510, und es geht weiter über die Linie 512, um in den logischen Schritt 514 einzutreten. In dem Schritt 514 wird die Information im Speicher 150 überprüft, um zu bestimmen, welche Übertragungsnorm empfangen wurde, zum Beispiel HDTV, NTSC, PAL, usw., oder um zu bestimmen, welche Computeranzeigeinformation über den Bus 152 beispielsweise von einem Graphikadapter, einem verbesserten Farbgraphikadapter oder einer Videographikanordnung empfangen wurde. Dies kann dadurch geschehen, daß die vertikalen und horizontalen Synchronisationsimpulse sowie die Farb- und Helligkeitskomponenten der Information lokalisiert werden. Die Logik schreitet dann über die Linie 518 fort, und sie tritt in den logischen Zustand 520 ein. In dem logischen Zustand 520 wird ein Test durchgeführt, um festzustellen, ob die Norm bestimmt wurde. Wurde die Norm nicht bestimmt, so schreitet die Logik über die Linie 522 fort, und sie tritt wieder in den Schritt 514 ein. Wurde die Norm bestimmt, so verläßt die Logik den Zustand 520, und sie schreitet über die Linie 524 fort zu dem Logikschritt 526. Im Schritt 526 lokalisiert die Logik die Information innerhalb des Speichers 150 für ein Bild und vorzugsweise den Start eines Bildes.Figure 10 shows a flow chart for the operation of the CPU 154 of Figure 3. The flow chart begins at step 510 and proceeds via line 512 to enter logic step 514. In step 514, the information in memory 150 is checked to determine which broadcast standard was received, for example, HDTV, NTSC, PAL, etc., or to determine what computer display information was received over bus 152 from, for example, a graphics adapter, an enhanced color graphics adapter, or a video graphics device. This may be done by locating the vertical and horizontal synchronization pulses, as well as the color and brightness components of the information. The logic then advances along line 518 and enters logic state 520. In logic state 520, a test is made to determine if the standard has been determined. If the standard has not been determined, the logic advances along line 522 and re-enters step 514. If the standard has been determined, the logic exits state 520 and advances along line 524 to logic step 526. In step 526, the logic locates the information within memory 150 for a frame, and preferably the start of a frame.

Ist die Norm einmal bekannt, so können die Daten zum Beispiel auf den vertikalen Synchronisationsimpuls hin überprüft werden. Die Logik verläßt dann den Schritt 526 über die Linie 528, und sie tritt in den Logikzustand 530 ein. Liegt ein Bild vor, so verläßt die Logik den Zustand 530 über die Leitung 532, und sie tritt in den Schritt 534 ein. Im Schritt 534 wird das Bild in dem geeigneten Format im Speicher 160 gespeichert. Die Logik schreitet dann vom Schritt 524 über die Linie 538 fort, und sie tritt wieder in den Schritt 526 ein. Liegt kein Bild vor, so verläßt die Logik den Zustand 530, und sie tritt wieder über die Linie 540 in den Schritt 526 ein. Unter bestimmten Bedingungen wie etwa bei einem Kanalwechsel verläßt die Logik den Zustand 520 über die Linie 543, und sie tritt in den Schritt 544 ein. Der Schritt 544 könnte die Logik dazu bringen, wieder in den Schritt 510 einzutreten, oder es könnte irgendeine andere Operation wie etwa das Anzeigen der Nummer des neuen Kanals ausgeführt werden.Once the standard is known, the data can be checked for the vertical sync pulse, for example. The logic then exits step 526 via line 528 and enters logic state 530. If there is an image, the logic exits state 530 via line 532 and enters step 534. In step 534, the image is stored in the appropriate format in memory 160. The logic then advances from step 524 via line 538 and re-enters step 526. If there is no image, the logic exits state 530 and re-enters step 526 via line 540. Under certain conditions, such as a channel change, the logic exits state 520 via line 543 and enters step 544. Step 544 could cause the logic to re-enter step 510, or it could perform some other operation such as displaying the new channel number.

Ferner könnte ein Schalter vorgesehen sein, um dem Benutzer zu gestatten, die Norm manuell festzulegen. Es könnten auch die Normen für viele Kanäle in dem EPROM gespeichert sein, das von der CPU 154 gelesen wird, wobei die von der Signalquelle 140 gelieferte Kanalinformation verwendet wird. Daher würde der Schalter oder das EPROM im Schritt 514 überprüft werden, und die Norm würde im Zustand 520 bestimmt werden.Furthermore, a switch could be provided to allow the user to manually set the standard. Also, the standards for many channels could be stored in the EPROM, which is read by the CPU 154 using the channel information provided by the signal source 140. Therefore, the switch or EPROM would be checked in step 514 and the standard would be determined in state 520.

In Figur 11 ist ein wirkliches dreidimensionales, digitalisiertes Videosystem 610 gezeigt. Das System 610 weist eine Anzeige 612 auf, die wenigstens ein auf mehrere Frequenzen ansprechendes Material und zwei Raummodulatoren 616 und 617 enthält. Einer oder mehrere Energiestrahlen werden entlang eines jeden Lichtpfads 620 und 621 geliefert, die auf den Modulator 616 bzw. 617 auftreffen. Diese Strahlen sind vorzugsweise im wesentlichen parallel und (nicht gezeigte) Strahlausweitungseinheiten weiten die Strahlen, um die Linsensysteme 628 bzw. 629 zu schneiden. Die Linsensysteme 628 und 629 lenken die Strahlen in im wesentlichen parallele Strahlen in die Anzeige 612 um. Ein dargestellter Handzeiger 635 ermöglicht eine Interaktion zwischen dem Benutzer und dem die Anzeige steuernden Computer, um beispielsweise einen ausgewählten Bereich zu vergrößern, einen Gegenstand in der Anzeige 612 anzuordnen oder zu bewegen, einen ausgewählten Punkt für ein Drehen des Bildes in der Anzeige zu schaffen, oder um irgendeine der Aufgaben auszuführen, die in Verbindung mit Systemen für rechnergestütztes Konstruieren vorgesehen sind.In Figure 11, an actual three-dimensional digitized video system 610 is shown. The system 610 includes a display 612 containing at least one multi-frequency responsive material and two spatial modulators 616 and 617. One or more energy beams are provided along each light path 620 and 621 impinging on the modulator 616 and 617, respectively. These beams are preferably substantially parallel and beam expanders (not shown) expand the beams to intersect the lens systems 628 and 629, respectively. The lens systems 628 and 629 redirect the beams into substantially parallel beams into the display 612. A depicted hand pointer 635 enables interaction between the user and the computer controlling the display, for example, to magnify a selected area, to position or move an object in the display 612, to create a selected point for rotating the image in the display, or to perform any of the tasks provided in connection with computer-aided design systems.

Die Modulatoren 616 und 617 können irgendwelche von den verschiedenen, hier beschriebenen sein. Der Modulator 617 kann jedoch von einem unterschiedlichen Typ sein, da er einen Ausgangsstrahl entlang einer Horizontallinie (wie in Figur 11 gezeigt), zum Beispiel der Linie 638, liefert. Der Modulator kann auch ein horizontaler Abtaststrahl sein. Der Modulator 617 wird entweder intern oder extern gesteuert, um die Zeilen in einer bekannten Folge synchronisiert mit der in den Modulator 616 geladenen Information zu liefern. Diese bekannte Folge kann alle ungeradzahligen und dann alle geradzahligen oder alle geradzahligen und dann alle ungeradzahligen enthalten, von oben nach unten oder von unten nach oben. Damit definiert die von dem Modulator 617 gelieferte Energiezeile eine Ebene innerhalb der Anzeige 612, zum Beispiel die Ebene 640. Die anzuzeigenden Voxel sind jene, für die eine zugeordnete Zelle bei dem Modulator 616 einen individuellen Teil des auftreffenden Energiestrahls entlang dem Lichtpfad 624 lenkt. Damit wird zu einer Zeit eine Ebene des Bildes 650 angezeigt.The modulators 616 and 617 may be any of the various ones described herein. However, the modulator 617 may be of a different type in that it provides an output beam along a horizontal line (as shown in Figure 11), for example line 638. The modulator may also be a horizontal scanning beam. The modulator 617 is controlled either internally or externally to provide the lines in a known sequence synchronized with the information loaded into the modulator 616. This known sequence may include all odd and then all even, or all even and then all odd, from top to bottom or bottom to top. Thus, the line of energy provided by the modulator 617 defines a plane within the display 612, for example, plane 640. The voxels to be displayed are those for which an associated cell in the modulator 616 directs an individual portion of the incident energy beam along the light path 624. Thus, one plane of the image 650 is displayed at a time.

Ist die Anzeige 612 einfarbig, so müssen eventuell zwei Energiestrahlen unterschiedlicher Frequenz entlang der Lichtpfade 620 und 621 vorgesehen werden. Ist Farbe vorzusehen, so sollten verschiedene Strahlen verschiedener Frequenzen in einer Folge vorgesehen sein. Beispielsweise könnten Strahlen entlang der Lichtpfade 620 und 621 ein auf mehrere Frequenzen ansprechendes Material innerhalb der Anzeige 216 dazu bringen, in der Ebene rot zu leuchten, in der beide Strahlen vorliegen. Diese Strahlen mit einer oder mehreren Frequenzen könnten ein auf mehrere Frequenzen ansprechendes Material dazu bringen, blau zu leuchten, und andere Strahlen könnten ein auf mehrere Frequenzen ansprechendes Material dazu bringen, grün zu leuchten. Dann wäre die nächste Ebene in der Folge mit Rot-, Grün- und Blau-Informationen versehen. Natürlich könnten alle Ebenen der Anzeige 612 mit einer Rot-Information, gefolgt von einer Grün- und einer Blau-Information, versehen sein, falls dies erwünscht ist. Ist eine Intensitäts-Information vorgesehen, so könnten verschiedene unterschiedliche Intervalle zur Anzeige einer Rot-Grün-Blau-Information für jede dieser Ebenen vorgesehen sein, soweit erforderlich. Zusätzliche Speicherzellen könnten zusätzlich zu der Zelle 426 vorgesehen sein, um die zusätzliche Intensitäts-Information zu speichern. Damit wird das Bild 650 mit einer Ebene zu einer Zeit erzeugt, um ein vollständiges dreidimensionales Bild anzuzeigen. Das System 610 der Figur 16 kann abgewandelt werden, um alle Farb-Informationen gleichzeitig zu liefern. Drei Raummodulatoren können mit der Rot-, Grün- bzw. Blau-Information versehen sein. Ein geeignetes optisches System wäre vorgesehen, um alle drei Strahlen entlang dem Lichtpfad 624 zu lenken. Die geeigneten zusätzlichen Energiestrahlen müßten auch entlang des Lichtpfades 625 vorgesehen sein. Damit könnte eine vollständige Ebene mit allen Farb-Informationen gleichzeitig dargestellt werden.If the display 612 is monochromatic, two beams of energy of different frequencies may need to be provided along the light paths 620 and 621. If color is to be provided, several beams of different frequencies should be provided in a sequence. For example, beams along the light paths 620 and 621 could cause a multi-frequency responsive material within the display 216 to glow red in the plane where both beams are present. These single or multi-frequency beams could cause a multi-frequency responsive material to glow blue, and other beams could cause a multi-frequency responsive material to glow green. Then the next plane in the sequence would be provided with red, green, and blue information. Of course, all planes of the display 612 could be provided with red information followed by green and blue information if desired. If intensity information is provided, several different intervals for displaying red-green-blue information could be provided for each of these planes, as needed. Additional memory cells could be provided in addition to cell 426 to store the additional intensity information. Thus, image 650 is generated one plane at a time to display a complete three-dimensional image. System 610 of Figure 16 can be modified to provide all color information simultaneously. Three spatial modulators can be provided with the red, green and blue information respectively. A suitable optical system would be provided to direct all three beams along the light path 624. The appropriate additional energy beams would also have to be provided along the light path 625. This would allow a complete plane with all color information to be displayed simultaneously.

Obwohl zweidimensionale Fernsehsignale in der Anzeige 612 dargestellt werden könnten, könnte das digitalisierte Videosystem der Figur 11 auf zumindest zweifache Weise weiter abgewandelt sein, um eine zweidimensionale Anzeige zu liefern. Als erstes könnte die Anzeige in horizontaler Richtung dünner ausgebildet sein, um eine dünne Platte gegenüber dem Linsensystem 629 zu bilden. Der Modulator 616 wäre in gleicher Weise dünn ausgebildet, wobei eine oder mehrere Reihen von Zellen verbleiben würden. Sind verschiedene Reihen vorgesehen, so könnten einige oder sämtliche Reihen eine Redundanz liefern, wenn einige der Zellen in einer Reihe ausfallen. Werden verschiedene Reihen verwendet, so könnte auch die Intensität entsprechend der Anzahl von Zellen in der Spalte geändert werden, die angezeigt werden. Sind beispielsweise vier Bits an Intensitäts-Information vorgesehen, so könnten, falls die maximale Intensität gewünscht wurde, die vier Zellen in dieser Spalte insgesamt eingeschaltet sein, und alle vier Voxel würden zu der entsprechenden Zeit angezeigt werden. Der Modulator 617 würde wie oben erläutert arbeiten. Zweitens könnte die Anzeige in vertikaler Richtung dünner ausgebildet sein, um nur einen dünnen, der Linse 628 am nächsten gelegenen Bereich zu bilden. Der Modulator 617 könnte durch eine Energiequelle ersetzt werden, die eine Energieebene über die Anzeige liefert. Das gesamte zweidimensionale Bild wird dann gleichzeitig angezeigt.Although two-dimensional television signals could be displayed in the display 612, the digitized video system of Figure 11 could be further modified in at least two ways to provide a two-dimensional display. First, the display could be made thinner in the horizontal direction to form a thin plate opposite the lens system 629. The modulator 616 would be similarly thin, leaving one or more rows of cells. If different rows are provided, some or all of the rows could provide redundancy if some of the cells in a row fail. If different rows are used, the intensity could also be changed according to the number of cells in the column being displayed. For example, if four bits of intensity information were provided, if maximum intensity was desired, the four cells in that column could be all on, and all four voxels would be displayed at the appropriate time. The modulator 617 would operate as explained above. Second, the display could be made thinner in the vertical direction to provide only a thin region closest to the lens 628. The modulator 617 could be replaced by an energy source that provides a plane of energy across the display. The entire two-dimensional image is then displayed simultaneously.

Die Strahlausweitungseinheiten und das Linsensystem der Figur 11 könnten durch die gezahnten Spiegel der Figuren 6 und 7 ersetzt sein. Die Sensoren 655-660 sind dazu vorgesehen, von dem Zeiger 655 stammende oder von diesem erzeugte Strahlung zu erfassen. Es können mehr oder weniger Sensoren vorgesehen sein, je nach Bedarf. Bei einer Ausführungsform erzeugt der Zeiger einen Energiestrahl bei einer Frequenz, der mit einem anderen Energiestrahl in der Anzeige zusammenwirkt. Dieses Zusammenwirken wird von Sensoren erfaßt, um die Zeile des Zeigers über der Anzeige 612 zu erfassen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Emission des Zeigers durch Sensoren 655-660 direkt erfaßt, um die Linie zu bestimmen, entlang der der Zeiger 635 in die Anzeige 612 zeigt. Das System 610 der Figur 16 ist zweckmäßig für eine aggressive Umgebung wie Flugzeuge oder Panzer. Die Anzeige 610 könnte massiv oder gashaltig sowie mit einem dreidimensionalen Gehäuse versehen sein. Die Anzeige könnte irgendeine passende Form aufweisen, zum Beispiel sphärisch sein. Die Anzeige 610 kann einen Belag sowohl auf ihrer Innen- als auch auf ihrer Außenfläche zwischen dem Benutzer und der Anzeige aufweisen, der für in der Anzeige erzeugtes sichtbares Licht durchlässig ist und die Energiestrahlen, die zur Herbeiführung der Lumineszenzen abgegeben werden, absorbiert oder reflektiert. Der Belag und das auf mehrere Frequenzen ansprechende Material kann als die in den Figuren 6 und 7 gezeigte Anzeige 320 verwendet werden.The beam expansion units and the lens system of Figure 11 could be replaced by the toothed mirrors of Figures 6 and 7. The sensors 655-660 are intended to detect signals originating from or generated by the pointer 655. radiation. More or fewer sensors may be provided as needed. In one embodiment, the pointer produces a beam of energy at a frequency which interacts with another beam of energy in the display. This interaction is sensed by sensors to determine the line of the pointer above the display 612. In another embodiment, the emission of the pointer is directly sensed by sensors 655-660 to determine the line along which the pointer 635 points into the display 612. The system 610 of Figure 16 is useful for a hostile environment such as aircraft or tanks. The display 610 could be solid or gaseous, and could be provided with a three-dimensional housing. The display could be of any suitable shape, for example spherical. The display 610 may include a coating on both its interior and exterior surfaces between the user and the display that is transparent to visible light generated in the display and absorbs or reflects the energy rays emitted to produce the luminescences. The coating and multi-frequency responsive material may be used as the display 320 shown in Figures 6 and 7.

Ein für die Verwendung mit dem digitalisierten Videosystem 610 der Figur 11 geeigneter Zeigertyp ist in den Figuren 12 und 13 gezeigt. Der in den Figuren 11 und 12 gezeigte Zeiger besitzt mehrere Knöpfe 712-714, die dazu verwendet werden können, der Anzeige 612 eine codierte Eingangsgröße zu liefern. Die Vorderseite des Zeigers 710 ist dreieckförmig und mit Strahlengeneratoren 718-720 versehen, die IR-Einrichtungen sein können. Das Ausgangssignal von den Generatoren 718-720 kann von Sensoren 655-660 erfaßt werden, um die Linie zu bestimmen, entlang der der Zeiger in die Anzeige 612 gerichtet ist. Knöpfe 712-715 können eine Information liefern, die dann codiert wird, um von den Generatoren 718-720 übertragen zu werden, indem die Generatoren beispielsweise in unterschiedlichen Folgen oder bei unterschiedlichen Frequenzen oder beides abgestimmt werden, wenn ein bestimmter Knopf gedrückt wird. Die Knöpfe 712 und 713 können anzeigen, daß der interessierende Abstand in der Anzeige größer bzw. kleiner ist. Der Knopf 714 könnte anzeigen, daß ein Ziehen erfolgen soll, und der Knopf 715 könnte den Curser verriegeln oder freigeben. Handgriffe 725 könnten vorgesehen sein. Der bei der Anzeige vorgesehene Curser könnte die gesamte Linie des Zeigers über die Anzeige mit einem hervorgehobenen Punkt zur Anzeige des Abstands sein. Der Curser könnte eine sichtbare XYZ-Achse mit einer Achse entlang der Linie des Zeigers oder einer sichtbaren, mit der Anzeige ausgerichteten XYZ-Achse sein.One type of pointer suitable for use with the digitized video system 610 of Figure 11 is shown in Figures 12 and 13. The pointer shown in Figures 11 and 12 has a plurality of buttons 712-714 which can be used to provide an encoded input to the display 612. The front of the pointer 710 is triangular in shape and is provided with beam generators 718-720 which can be IR devices. The output from the generators 718-720 can be sensed by sensors 655-660 to determine the line along which the pointer is directed into the display 612. Buttons 712-715 can provide information which is then encoded for transmission by the generators 718-720, for example by tuning the generators in different sequences or at different frequencies or both when a particular button is pressed. Buttons 712 and 713 may indicate that the distance of interest is greater or smaller in the display, respectively. Button 714 could indicate that a drag is to occur, and button 715 could lock or release the cursor. Handles 725 could be provided. The cursor provided in the display could be the entire line of the pointer across the display with a highlighted dot to indicate the distance. The cursor could be a visible XYZ axis with an axis along the line of the pointer or a visible XYZ axis aligned with the display.

In Figur 14 ist ein weiterer Zeiger 730 dargestellt, der um einen Drehzapfen 732 drehbar ist. Griffe 734 können vorgesehen sein. Mit den Knöpfen 712-715 vergleichbare Knöpfe 736 sind vorgesehen. Die Strahlengeneratoren 739 und 740 sind an den Enden der Segmente 743 und 744 vorgesehen. Die Segmente 743 und 744 sind um den Zapfen 732 schwenkbar, womit der Punkt bewegt werden kann, bei dem die Strahlen 446 und 447 zusammenfallen. Damit können die Strahlen 466 und 467 von unterschiedlicher Frequenz sein, was ein auf mehrere Frequenzen ansprechendes Material zum Leuchten bringt, was durch die Sensoren 656-660 erfaßt wird.In Figure 14, another pointer 730 is shown which is rotatable about a pivot 732. Handles 734 may be provided. Knobs 736 similar to knobs 712-715 are provided. Beam generators 739 and 740 are provided at the ends of segments 743 and 744. Segments 743 and 744 are pivotable about pivot 732, allowing the point at which beams 446 and 447 coincide to be moved. Thus, beams 466 and 467 may be of different frequencies, causing multi-frequency responsive material to glow, which is sensed by sensors 656-660.

Ein weiterer Zeiger 750 ist in Figur 15 dargestellt. Dieser Zeiger 750 besitzt einen Betätigungshebel 752 und einen länglichen Körper 753. Mit den Knöpfen 714 und 715 vergleichbare Knöpfe 754 bzw. 755 sind vorgesehen. Griffe 758 können vorgesehen sein. Der Betätigungshebel 752 ändert den Winkel der Strahlen 760 und 761, womit der Abstand verändert wird, bei dem die Strahlen zusammenfallen. Je näher beispielsweise der Betätigungshebel zu dem Körper 753 gezogen wird, um so näher wird der Strahlenschnittpunkt an den Körper bewegt. Die Strahlen werden von Strahlengeneratoren erzeugt, wobei nur der Strahlengenerator 763 in Figur 15 gezeigt ist. Die Strahlengeneratoren können gleichartig zu den Strahlengeneratoren 739 und 740 der Figur 14 sein.Another pointer 750 is shown in Figure 15. This pointer 750 has an actuating lever 752 and an elongated body 753. Buttons 754 and 755, respectively, comparable to buttons 714 and 715 are provided. Handles 758 may be provided. The actuating lever 752 changes the angle of the beams 760 and 761, thereby changing the distance at which the beams coincide. For example, the closer the actuating lever is pulled to the body 753, the closer the beam intersection is moved to the body. The beams are generated by beam generators, with only beam generator 763 being shown in Figure 15. The beam generators may be similar to the beam generators 739 and 740 of Figure 14.

Figur 16 zeigt einen Prozessor (MAP) 808 für eine mehrdimensionale Anordnung, der mit einem Host-Prozessor 800 und einer dreidimensionalen Anzeige 801 gekoppelt ist. Der Host 800 kann einen beliebigen Typ eines Computersystems wie etwa einen Personalcomputer, einen Minicomputer oder selbst ein Empfängersystem für Übertragungsinformationen enthalten. Die 3D-Anzeige 801 kann von dem oben beschriebenen Typ sein, der weiter unten in Verbindung mit Figur 17 beschrieben wird, oder von einem anderen geeigneten Anzeige-Typ.Figure 16 shows a multi-dimensional array processor (MAP) 808 coupled to a host processor 800 and a three-dimensional display 801. The host 800 may include any type of computer system such as a personal computer, a minicomputer, or even a broadcast information receiver system. The 3D display 801 may be of the type described above, which is described below in connection with Figure 17, or of another suitable display type.

Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt die Anzeige 801 das 3D-Bild als eine Anzahl N von XY- Ebenen, womit ein XYZ-Bild erzeugt wird. Natürlich sind weitere Ausführungsformen möglich, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise kann die Anzeige eine Anzahl von XYZ-Blöcken mit einem (oder mehreren) MAPs je Block enthalten. Alternativ kann jede Verarbeitungszelle (zum Beispiel 810, 820 und 830) des MAP auf einer XYZ- Basis anstatt auf der derzeit bevorzugten Ebenen-Basis arbeiten.In the presently preferred embodiment of the invention, the display 801 displays the 3D image as a number N of XY planes, thus creating an XYZ image. Of course, other embodiments are possible without departing from the scope of the invention. For example, the display may include a number of XYZ blocks with one (or more) MAPs per block. Alternatively, each processing cell (e.g., 810, 820, and 830) of the MAP may operate on an XYZ basis rather than the currently preferred plane basis.

Der MAP 808 setzt sich allgemein aus einer Mehrzahl von Verarbeitungszellen (PCs) 810, 820 und 830 zusammen. Wie angegeben arbeitet bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform jede Verarbeitungszelle auf einer XY-Ebene des N-Ebene- Bildes. Zur Illustration sind nur drei Verarbeitungszellen 810, 820 und 830 gezeigt. PC 810 ist für die erste Ebene vorgesehen, PC 820 für die zweite Ebene und PC 830 für die Nte Ebene des Bildes. Bei anderen Ausführungsformen kann jeder PC für verschiedene Bildebenen zuständig sein.The MAP 808 is generally comprised of a plurality of processing cells (PCs) 810, 820, and 830. As indicated, in the presently preferred embodiment, each processing cell operates on an XY plane of the N-plane image. For illustration purposes, only three processing cells 810, 820, and 830 are shown. PC 810 is for the first plane, PC 820 is for the second plane, and PC 830 is for the Nth plane of the image. In other embodiments, each PC may be responsible for different planes of the image.

Jede Verarbeitungszelle 810, 820 und 830 enthält einen Prozessor (811, 821 bzw. 831), der über einen Bus (813, 823 bzw. 833) mit einem Ebenenspeicher (812, 822 bzw. 832) gekoppelt ist. Die Prozessoren 811, 821 und 831 können von unterschiedlichem Typ sein. Zum Beispiel: digitale Signalprozessoren (DSPs) wie der TMS 320C30; herkömmliche Mikroprozessoren wie etwa der TMS99000; oder Graphik-Signalprozessoren (GSPs) wie etwa der TMS34020 usw. können verwendet werden. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform werden GSPs verwendet, da diese nicht nur programmierbar, sondern auch dafür ausgelegt sind, zweidimensionale (XY> Daten zu manipulieren. In gleicher Weise kann der verwendete Speicher unterschiedlichen Typen entsprechen. Video-RAMs (wie der TMS4461), DRAMs, SRAMs oder andere Speicher können verwendet werden. Vorzugsweise ist die Speicherarchitektur die eines Zweitor-Typs. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden VRAMs verwendet, da sie von Natur aus vom Zweitor-Typ sind, mit der herkömmlichen Speicherschnittstelle, die für die Prozessorbusse 813, 823 und 833 verwendet wird, und den seriellen Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen, die dem Anschluß an den Anzeigebus 803 dienen.Each processing cell 810, 820 and 830 includes a processor (811, 821 or 831) coupled to a level memory (812, 822 or 832) via a bus (813, 823 or 833). The processors 811, 821 and 831 may be of different types. For example: digital signal processors (DSPs) such as the TMS 320C30; conventional microprocessors such as the TMS99000; or graphics signal processors (GSPs) such as the TMS34020, etc. may be used. In the presently preferred embodiment, GSPs are used because they are not only programmable, but are also designed to manipulate two-dimensional (XY>) data. Likewise, the memory used may be of various types. Video RAMs (such as the TMS4461), DRAMs, SRAMs, or other memories may be used. Preferably, the memory architecture is of a two-port type. In the present embodiment, VRAMs are used because they are inherently two-port, with the conventional memory interface used for the processor buses 813, 823, and 833, and the high-speed serial interfaces used to interface with the display bus 803.

Der Host 800 kommuniziert mit jedem Prozessor 811, 821 und 831 gleichzeitig in dem MAP über den Bus 809 mit der höheren Deskriptor-Programmiersprache (HDL) und den Steuerbus 804. Der Steuerbus 804 wird dazu verwendet, zu signalisieren, wenn der Host 800 einen weiteren HDL-Befehl (wie unten beschrieben) senden kann, und die PCs mit der Anzeige 801 zu synchronisieren. Wahlweise kann jeder Prozessor mit seinen Nachbarn über andere Busse kommunizieren. Zum Beispiel: der Prozessor 811 und der Prozessor 821 kommunizieren über den Bus 805; der Prozessor 821 kommuniziert mit dem Prozessor für die Ebene 3 (nicht gezeigt) über den Bus 806; und der N-l-Prozessor (nicht gezeigt) kommuniziert mit dem Prozessor 831 über den Bus 807. Wie festzustellen ist, ist die zwischen den Prozessoren vorgesehene Kommunikation bei einigen Manipulationen bezüglich eines dreidimensionalen Bildes zweckmäßig.The host 800 communicates with each processor 811, 821 and 831 simultaneously in the MAP via the high level descriptor language (HDL) bus 809 and the control bus 804. The control bus 804 is used to signal when the host 800 can send another HDL command (as described below) and to synchronize the PCs with the display 801. Optionally, each processor can communicate with its neighbors via other buses. For example: the processor 811 and the processor 821 communicate via the bus 805; the processor 821 communicates with the level 3 processor (not shown) via the bus 806; and the N-1 processor (not shown) communicates with processor 831 via bus 807. As can be seen, the communication provided between the processors is useful in some manipulations of a three-dimensional image.

Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) würde der Host 800 nur mit dem Prozessor 811 kommunizieren. Alle Befehle zu anderen Prozessoren (wie etwa 821 und 831) dürfen über die zwischen den Prozessoren vorgesehenen Busse (805, 806 und 807) "wandern" ("ripple").In an alternative embodiment (not shown), the host 800 would only communicate with the processor 811. All instructions to other processors (such as 821 and 831) are allowed to "ripple" over the inter-processor buses (805, 806 and 807).

Der Anzeigebus 803 wird dazu verwendet, Anzeigedaten an die 3D-Anzeige 801 zu liefern. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform kann jeder PC (810, 820 und 830) sequentiell eine gesamte Ebene von Anzeigedaten vor der nächsten Ebene auf den Bus 803 geben. Zum Beispiel: der PC 810 gibt die erste Ebene von Bilddaten auf den Bus 803; als nächstes gibt der PC 820 die zweite Ebene von Bilddaten auf den Bus 803; auch jeder folgende PC (nicht gezeigt) gibt seine Daten auf den Bus 803; schließlich gibt der PC 830 seine Ebene auf den Bus 803. Der Vorgang beginnt dann von neuem. Natürlich können andere Folgen verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann jeder PC für einen Block von XYZ-Informationen zuständig sein und den gesamten Block auf den Bus 803 geben, oder Ebenen verschachteln, je nachdem, wie es die Anzeige 801 erfordert. In jedem Fall liegen zu irgendeinem Zeitpunkt alle Bilddaten auf dem Bus 803 vor. Da ferner die Anzeige 801 häufig (vorzugsweise schneller als die kritische Flackerfrequenz) aufgefrischt werden muß, stehen die Bilddaten während einer relativ kurzen Zeitperiode zur Verfügung.The display bus 803 is used to provide display data to the 3D display 801. In the currently preferred embodiment, each PC (810, 820, and 830) can sequentially put an entire level of display data on the bus 803 before the next level. For example: the PC 810 puts the first level of image data on the bus 803; next, the PC 820 puts the second level of image data on the bus 803; each subsequent PC (not shown) also puts its data on the bus 803; finally, the PC 830 puts its level on the bus 803. The process then begins again. Of course, other sequences can be used. In other embodiments, each PC can be responsible for a block of XYZ information and put the entire block on the bus 803, or interleave levels as required by the display 801. In any event, all of the image data is present on the bus 803 at some point in time. Furthermore, since the display 801 must be refreshed frequently (preferably faster than the critical flicker frequency), the image data is available for a relatively short period of time.

Wie unten zu sehen ist, muß für jeden PC die Information zur Verfügung stehen, die in anderen Ebenen vorliegt. Würde dies über die zwischen den Prozessoren vorgesehenen Busse 805, 806 und 807 erfolgen, so wäre dies relativ langsam, insbesondere dann, wenn die Information von verschiedenen Ebenen aus geliefert werden muß. Daher ist jeder Prozessor (811, 821, 831) über Busse 816, 826 bzw. 836 auch mit dem Anzeigebus 803 verbunden. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform sind die Busse 816, 826 und 836 mit den Prozessor-Bussen 813, 823 bzw. 833 gekoppelt. Bei einer anderen Ausführungsform kann jeder Prozessor ein zusätzliches Tor aufweisen, das mit dem Anzeigebus 803 gekoppelt ist. Bei einer weiteren Ausüführungsform können die Ebenenspeicher 812, 822 und 833 dazu verwendet werden, Daten von dem Anzeigebus 803 zwischenzuspeichern.As can be seen below, each PC must have access to the information that is present in other layers. If this were to be done via the interprocessor buses 805, 806 and 807, it would be relatively slow, especially if the information must be supplied from different layers. Therefore, each processor (811, 821, 831) is also connected to the display bus 803 via buses 816, 826 and 836, respectively. In the currently preferred embodiment, the buses 816, 826 and 836 are coupled to the processor buses 813, 823 and 833, respectively. In another embodiment, each processor may have an additional port coupled to the display bus 803. In another embodiment, the plane memories 812, 822, and 833 may be used to buffer data from the display bus 803.

Die von dem Host 800 zur Steuerung der PCs des MAP verwendete höhere Deskriptor-Programmiersprache (HDL) kann in drei grundlegende Typen aufgegliedert werden. Diese enthalten Strukturformationstypen (mit arithmetischen und logischen Operationen bei einer vorbestimmten Gruppe von Punkten), Füll-Typen und Verschiebungs-Typen (einschließlich Drehungen). Diese werden alle parallel ausgeführt, wie es sich aus der folgenden Beschreibung ergibt.The High-Level Descriptor Language (HDL) used by the Host 800 to control the MAP PCs can be divided into three basic types. These include structural formation types (which perform arithmetic and logical operations on a predetermined set of points), fill types, and translation types (including rotations). These are all executed in parallel, as will be apparent from the following description.

Eine Strukturformation kann Typen wie etwa ein Linienzeichnen, eine Fraktalerzeugung, Logikoperationen wie XORs, Rahmenzeichnen, usw. enthalten. Ist zum Beispiel eine Linie für eine Darstellung auf der Anzeige 801 zu zeichnen, so tritt die folgende Sequenz auf. Der Host 800 gibt einen HDL-Befehl ab, der den Instruktionstyp (d.h. Linienzeichnen) spezifiziert, sowie eine Formel, die die Parameter der Linie angibt. Jeder PC des MAP 808 empfängt gleichzeitig diesen Befehl über den HDL-Bus 809. Alle parallelen PCs werten die Formel aus, um zu entscheiden, ob die Ebene, für die der PC zuständig ist, betroffen ist. Falls dies zutrifft, hält der PC eine gemeinsame Steuerleitung des Steuerbusses 804 auf einem niedrigen Pegel, bis er abschließt. Dies hindert den Host 800 daran, einen weiteren Befehl zu senden, bevor die gesamte Verarbeitung abgeschlossen ist. Jeder PC, der einen Punkt in seinem zugeordneten Ebenenspeicher ändern muß, wird dies tun und dann die Steuerleitung freigeben. Sind alle PCs zum Ende gekommen, so kann die Steuerleitung einen hohen Pegel annehmen, und der Host 800 kann einen weiteren HDL- Befehl abgeben.A structure formation may include types such as line drawing, fractal generation, logic operations such as XORs, frame drawing, etc. For example, if a line is to be drawn for display on display 801, the following sequence occurs. Host 800 issues an HDL command specifying the instruction type (i.e., line drawing) and a formula specifying the parameters of the line. Each PC of MAP 808 simultaneously receives this command over HDL bus 809. All parallel PCs evaluate the formula to decide if the level for which the PC is responsible is affected. If so, the PC holds a common control line of control bus 804 low until it terminates. This prevents host 800 from sending another command until all processing is complete. Any PC that needs to change a point in its assigned level memory will do so and then release the control line. When all PCs have finished, the control line can go high and the Host 800 can issue another HDL command.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Steuerleitung etwas anders behandelt. Alle PCs halten die Steuerleitung unmittelbar nach dem Empfang eines Befehls, und sie geben diese frei, wenn der PC entweder fertig ist oder bestimmt, daß der PC nicht von der Operation betroffen ist.In the preferred embodiment, the control line is treated slightly differently. All PCs hold the control line immediately after receiving a command, and they release it when the PC is either finished or determines that the PC is not affected by the operation.

Füll-Instruktionen beginnen auf dieselbe Weise. Der Host 800 gibt über den Bus 809 einen Füll-HDL-Befehl an alle PCs aus. Alle PCs, die unmittelbar bestimmen, daß sie ihre jeweiligen Ebenen ändern müssen, halten die Steuerleitung des Steuerbusses 804 auf einem niedrigen Pegel. In diesem Fall können jedoch, da dies ein dreidimensionales Füllen ist, mit einem fortschreitenden Füllen in einer Ebene "Löcher" oder "Lecks" in einer anderen Ebene geöffnet werden, was einen PC, der zuvor seine Ebene nicht ändern mußte, zwingt, ebenso zu verfahren. Es gibt zwei derzeit bevorzugte Möglichkeiten, die zuvor nicht betroffenen PCs zu informieren, daß sie ihre Ebenenspeicher ändern müssen.Fill instructions begin in the same way. The host 800 issues a fill HDL command to all PCs over the bus 809. All PCs that immediately determine that they need to change their respective levels hold the control line of the control bus 804 at a low level. In this case, however, since this is a three-dimensional fill, as the fill progresses in one layer, "holes" or "leaks" may be opened in another layer, forcing a PC that previously did not need to change its layer to do the same. There are two currently preferred ways to inform the previously unaffected PCs that they need to change their layer memories.

Bei der ersten werden die zwischen den Prozessoren vorgesehenen Busse 805, 806 und 807 verwendet. Stellt ein gegebener PC fest, daß er seinen zugeordneten Ebenenspeicher ändern muß, so informiert er die benachbarten PCs über den zugeordneten, zwischen Prozessoren vorgesehenen Bus, daß er entsprechend verfährt. Dann halten auch die benachbarten PCs die Steuerleitung auf dem niedrigen Pegel. Ist der gegebene PC fertig, so informiert er die benachbarten PCs von dieser Tatsache, und er gibt die Steuerleitung frei. Die benachbarten PCs halten die Steuerleitung auf einem niedrigen Pegel, und sie überprüfen dann, ob sie ihren Ebenenspeicher ändern müssen. Um dies festzustellen, werden sie entweder die Ebenendaten des gegebenen PC überprüfen, wenn sie über den Anzeigebus 803 laufen, oder sie können Daten direkt von dem gegebenen PC über den zwischen Prozessoren vorgesehenen Bus anfordern. Bestimmen die Nachbarn, daß sie keine Änderungen haben, so geben sie die Steuerleitung frei. Sind dagegen Änderungen erforderlich, so informieren sie ihre entsprechenden Nachbarn, und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.The first uses the interprocessor buses 805, 806 and 807. When a given PC determines that it needs to change its allocated level memory, it informs the neighboring PCs via the allocated interprocessor bus that it is doing so. Then the neighboring PCs also hold the control line low. When the given PC is finished, it informs the neighboring PCs of this fact and releases the control line. The neighboring PCs hold the control line low and they then check to see if they need to change their level memory. To determine this, they will either check the given PC's level data as it passes through the display bus 803 or they can request data directly from the given PC via the interprocessor bus. If the neighbors determine that they have no changes, they release the control line. If, however, changes are necessary, they inform their respective neighbors and the process described is repeated.

Die zweite Technik vermeidet das Erfordernis (zumindest in diesem Fall) der zwischen Prozessoren vorgesehenen Busse 805, 806 und 807. Jeder PC muß nur in der Lage sein, die Steuerleitung des Steuerbusses 804 nach unten zu ziehen, wobei er allerdings auch imstande sein muß, den Status der Steuerleitung zu lesen. Dies geschieht wie folgt. Bestimmt ein gegebener PC anhand der HDL-Instruktion (oder, wie zu sehen sei wird, anhand über den Bus 803 laufender Daten), daß er seinen Ebenenspeicher ändern muß, so wird er die Steuerleitung nach unten ziehen und seinen Speicher ändern. Ist er fertig, so muß er die Steuerleitung für wenigstens einen vollen Zyklus aller über den Bus 803 laufender Bilddaten weiter unten halten. Damit kann der gegebene PC bestimmen, ob er wirklich fertig ist. Anders ausgedrückt kann, wenn sich eine andere Ebene geändert hat, der gegebene PC ebenfalls wieder eine Änderung haben. Falls dies nicht zutrifft, gibt der gegebene PC die Leitung frei. Zu jeder Zeit, zu der die Leitung nach einem HDL-Füll-Befehl unten gehalten wird, müssen alle PCs stetig die über den Bus 803 laufenden Ebenendaten ihrer Nachbarn abtasten, um zu bestimmen, ob sie mit der Änderung beginnen müssen. Falls dies zutrifft, halten sie die Leitung auf einem niedrigen Pegel, und sie wiederholen den obigen Vorgang.The second technique avoids the need (at least in this case) for interprocessor buses 805, 806 and 807. Each PC only needs to be able to pull down the control line of control bus 804, but it must also be able to read the status of the control line. This is done as follows. If a given PC determines from the HDL instruction (or, as will be seen, from data passing over bus 803), that it must change its level memory, it will pull the control line low and change its memory. When it is finished, it must keep the control line low for at least one full cycle of all image data passing over bus 803. This allows the given PC to determine if it is really finished. In other words, if another level has changed, the given PC may also have a change. If not, the given PC releases the line. At any time the line is held low after an HDL fill command, all PCs must continually sample their neighbors' level data passing over bus 803 to determine if they need to begin the change. If so, they hold the line low and repeat the above process.

Die letzte Klasse eines HDL-Befehls ist die der Verschiebungen und Drehungen. Die Befehle beginnen auf die gleiche Weise. Der Host 800 sendet den Befehl, und alle betroffenen PCs halten die Steuerleitung. Im Fall einer bloßen XY-Verschiebung oder -Drehung (d.h. keine Verschiebungen oder Drehungen zwischen den Ebenen) können alle Prozessoren gleichzeitig die Verschiebung in ihrer zugeordneten Ebene ausführen und die Steuerleitung freigeben.The last class of HDL instruction is that of translations and rotations. The instructions start in the same way. The host 800 sends the instruction and all affected PCs hold the control line. In the case of a mere XY translation or rotation (i.e. no translations or rotations between planes), all processors can simultaneously execute the translation in their assigned plane and release the control line.

Im Fall irgendeiner Verschiebung oder Drehung, die die Z-Achse betrifft (d.h. eine Verschiebung zwischen den Ebenen erfordert), halten alle betroffenen PCs die Steuerleitung für wenigstens einen vollen Bildzyklus der über den Anzeigebus 803 laufenden Daten. Dies erfolgt so, daß die zugeordneten Prozessoren die gesamten zwischen den Ebenen auftretenden Daten, die sie erfordern, puffern können. Nach dem vollen Bildzyklus können die Prozessoren des PC ihren zugeordneten Ebenenspeicher ändern und dann das Halten der Steuerleitung beenden. Vor dem Auftreten eines vollen Bildzyklus dürfen keine Daten geändert werden, um nicht Daten zu beeinträchtigen, die ein anderer PC benötigt.In the event of any translation or rotation affecting the Z axis (i.e., requiring an interplane translation), all affected PCs hold the control line for at least one full frame cycle of data traveling over the display bus 803. This is done so that the associated processors can buffer all the interplane data they require. After the full frame cycle, the PC's processors can change their associated plane memory and then stop holding the control line. No data must be changed before a full frame cycle occurs, so as not to affect data required by another PC.

Wie sich aus der obigen Diskussion ergibt, unterscheidet sich die Architektur für einen Prozessor für eine wirkliche dreidimensionale Anzeige deutlich von der, die für einen Prozessor erforderlich ist, der zur Wiedergabe eines dreidimensionalen Bildes auf einer zweidimensionalen Anzeige ausgelegt ist. Die Rechnerleistung ist nicht so kritisch, kritischer ist vielmehr der Busdatenfluß. Folglich können die in dem PC verwendeten Prozessoren einfacher und kleiner sein, so daß es auch einfacher möglich ist, sie mit dem Ebenenspeicher auf einem einzelnen Chip unterzubringen. Tatsächlich kann für manche wirkliche 3D-Anzeigen der gesamte MAP auf einem einzigen Substrat implementiert sein.As can be seen from the above discussion, the architecture for a processor for a true three-dimensional display is quite different from that required for a processor designed to display a three-dimensional image on a two-dimensional display. Computational power is not so critical, but rather bus data flow is more critical. Consequently, the processors used in the PC can be simpler and smaller, making it easier to place them on a single chip with the plane memory. In fact, for some true 3D displays, the entire MAP can be implemented on a single substrate.

Ein Typ einer dreidimensionalen Anzeige ist in dem nachveröffentlichten US-Patent Nr. 5 042 909 von Garcia und Williams gezeigt, das hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist. Nach Figur 17 wird eine Oberfläche mit einer 360º-Schraubenfläche 900 um eine Achse 902 gedreht, um einen dreidimensionalen zylindrischen Raum 904 zu erzeugen. Die Oberfläche 900 erstreckt sich von der Achse 902 zu den anderen Ecken des Raumes 904, wie dies in Figur 17 gezeigt ist. Wird die Oberfläche 900 gedreht, so wird jeder Punkt in dem Raum 904 einmal während jeder Drehung geschnitten. Die Oberfläche 900 kann jede passende Form aufweisen, zum Beispiel eine kreisrunde Scheibe sein. Ein Lichtstrahl wird entlang dem Lichtpfad 906 projiziert, derart, daß er die Oberfläche 900 schneidet. Die Bildinformation kann von irgendeinem der hier gezeigten Systeme geliefert werden, bei denen entlang dem Lichtpfad 906 ein Raumlichtmodulator verwendet wird.One type of three-dimensional display is shown in post-issued U.S. Patent No. 5,042,909 to Garcia and Williams, which is incorporated herein by reference. Referring to Figure 17, a surface having a 360° helix 900 is rotated about an axis 902 to create a three-dimensional cylindrical space 904. The surface 900 extends from the axis 902 to the other corners of the space 904 as shown in Figure 17. As the surface 900 is rotated, each point in the space 904 is intersected once during each rotation. The surface 900 may have any suitable shape, for example, a circular disk. A beam of light is projected along the light path 906 such that it intersects the surface 900. The image information may be provided by any of the systems shown here that utilize a spatial light modulator along the light path 906.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung einer digitalisierten Videoanzeige zu annehmbaren Kosten und von hoher Zuverlässigkeit.An advantage of the invention is to provide a digitized video display at an acceptable cost and with high reliability.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine digitalisierte Videoanzeige geschaffen wird, die für verschiedene unterschiedliche, inkompatible Fernseh- und Videosysteme leicht abgewandelt und/oder hergestellt werden kann.Another advantage of the invention is that it provides a digitized video display that can be easily modified and/or manufactured for various different, incompatible television and video systems.

Ein Vorteil der Erfindung ist die Schaffung einer digitalisierten Videoanzeige mit verringerter Fleckenbildung.An advantage of the invention is the provision of a digitized video display with reduced speckle.

Ein Vorteil der Erfindung ist die Schaffung einer digitalisierten Videoanzeige, die eine verbesserte Bildqualität liefert.An advantage of the invention is the provision of a digitized video display that provides improved picture quality.

Während die Erfindung in Verbindung mit bestimmten besonderen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist festzustellen, daß weitere Abwandlungen für den Fachmann auf der Hand liegen, und es sollen alle derartigen Abwandlungen von den beigefügten Ansprüchen gedeckt sein.While the invention has been described in connection with certain specific embodiments, it is to be recognized that other modifications will be apparent to those skilled in the art, and it is intended that all such modifications be covered by the appended claims.

Claims (14)

1. Projektionslicht-Bildanzeigesystem mit verringerter Fleckenbildung, enthaltend:1. A projection light image display system with reduced spotting, comprising: eine kohärente Lichtquelle (61) zur Erzeugung eines Lichtstrahls,a coherent light source (61) for generating a light beam, einen Bildschirm (51),a screen (51), einen Raumlichtmodulator (56), der auf Signale anspricht, die ein anzuzeigendes Bild repräsentieren, um Licht von der Quelle auf den Bildschirm zu richten und so das Bild auf dem Schirm wiederzugeben,a spatial light modulator (56) responsive to signals representing an image to be displayed for directing light from the source to the screen to display the image on the screen, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bildschirm ein Wandler (90) gekoppelt ist, der dazu dient, in dem Schirm, wo das Bild wiedergegeben wird, akustische Oberflächenwellen zu erzeugen.characterized in that a transducer (90) is coupled to the screen, which serves to generate acoustic surface waves in the screen where the image is displayed. 2. Projektionssystem nach Anspruch 1, bei dem die akustischen Oberflächenwellen eine Amplitude besitzen, die größer als eine Wellenlänge des Lichtstrahls ist.2. Projection system according to claim 1, wherein the acoustic surface waves have an amplitude that is greater than a wavelength of the light beam. 3. Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die akustischen Oberflächenwellen im wesentlichen parallel sind.3. Projection system according to claim 1 or 2, wherein the surface acoustic waves are substantially parallel. 4. Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Raumlichtmodulator (56) mehrere Lichtstrahlen erzeugt, die gleichzeitig unter verschiedenen Winkeln und mit verschiedenen Weglängen auf dem Bildschirm auftreffen.4. Projection system according to one of the preceding claims, in which the spatial light modulator (56) generates several light beams which impinge on the screen simultaneously at different angles and with different path lengths. 5. Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bildschirm (51) eine Streuoberfläche besitzt, um den Sichtwinkel des darauf wiedergegebenen Bildes zu vergrößern.5. Projection system according to one of the preceding claims, in which the screen (51) has a diffusing surface to increase the viewing angle of the image displayed thereon. 6. Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das von dem Raumlichtmodulator (36) auf den Bildschirm (51) gerichtete Licht auf der Vorderfläche dieses Schirmes auftrifft.6. Projection system according to one of the preceding claims, in which the light directed by the spatial light modulator (36) onto the screen (51) strikes the front surface of this screen. 7. Projektionssystem nach einem der Ansprüche l bis 6, bei dem das von dem Raumlichtmodulator (36) auf den Bildschirm (51) gerichtete Licht auf der Rückfläche dieses Schirmes auftrifft.7. Projection system according to one of claims 1 to 6, in which the light directed by the spatial light modulator (36) onto the screen (51) strikes the rear surface of this screen. 8. Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Raumlichtmodulator (56) eine zweidimensionale Anordnung von Spiegeln enthält, die selektiv so versetzt sind, daß auf den Bildschirm (51) ein Muster von Lichtstrahlen reflektiert wird, um darauf die Wiedergabe des Bildes zu bewirken.8. A projection system according to any preceding claim, wherein the spatial light modulator (56) includes a two-dimensional array of mirrors selectively offset to reflect a pattern of light rays onto the screen (51) to cause the image to be displayed thereon. 9. Verfahren zur Verringerung der Fleckenbildung in einem Projektionslicht-Bildanzeigesystem, bei dem Licht von einer kohärenten Lichtquelle durch einen Raumlichtmodulator auf einen Bildschirm gerichtet wird, um auf dem Schirm ein Bild wiederzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Fleckenbildung in dem wiedergegebenen Bild dadurch verringert wird, daß auf dem Schirm akustische Oberflächenwellen erzeugt werden.9. A method of reducing speckle in a projection light image display system in which light from a coherent light source is directed through a spatial light modulator onto a screen to display an image on the screen, characterized in that speckle in the displayed image is reduced by generating surface acoustic waves on the screen. 10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die akustischen Oberflächenwellen im wesentlichen parallel sind.10. The method of claim 9, wherein the surface acoustic waves are substantially parallel. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die akustischen Oberflächenwellen eine Amplitude besitzen, die größer als eine Wellenlänge des Lichtstrahls ist.11. Method according to claim 9 or 10, wherein the acoustic surface waves have an amplitude that is greater than a wavelength of the light beam. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das durch den Raumlichtmodulator auf den Bildschirm gerichtete Licht in der Form von mehreren Strahlen vorliegt, die gleichzeitig unter verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlichen Weglängen auf dem Schirm auftreffen.12. Method according to one of claims 9 to 11, in which the light directed onto the screen by the spatial light modulator is in the form of several beams which impinge on the screen simultaneously at different angles and with different path lengths. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem das Licht von dem Raumlichtmodulator auf die Vorderfläche des Bildschirmes gerichtet wird.13. A method according to any one of claims 9 to 12, wherein the light from the spatial light modulator is directed onto the front surface of the screen. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem das Licht von dem Raumlichtmodulator auf die Rückfläche des Bildschirmes gerichtet wird.14. A method according to any one of claims 9 to 12, wherein the light from the spatial light modulator is directed onto the rear surface of the screen.
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