專利名稱：圖像顯示裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示圖像的裝置和方法，其利用一空間光調制器通過對來自光源的入射光進行調制業(yè)顯示圖像，這種調制器對在圖像的每一像素處的光按雙狀態(tài)(binary)方式進行調制。
各種利用液晶板作為一空間光調制器的液晶顯示裝置作為圖像顯示裝置已廣為使用，這些裝置利用對在其每一像素的光進行調制的空間光調制器，通過對來自光源的入射光進行調制來顯示圖像。很多這類常規(guī)的圖像顯示裝置屬于使用TN液晶或STN液晶作為液晶板的類型，液晶狀態(tài)連續(xù)變化，對光強進行調制。然而，這些液晶板響應速度慢，不能高速工作。
為了解決常規(guī)液晶板的這些問題，提出一種空間光調制器，其由一種能夠快速工作的光調制材料例如鐵電液晶(FLC)制成。然而，該光調制材料例如TLC難于連續(xù)改變狀態(tài)，并且通常僅取兩種狀態(tài)。因此，利用這種光調制材料的空間光調制器進行的光調制僅使光通過和關斷，即進行雙態(tài)光調制。
為了在利用這種空間光調制器的圖像顯示裝置中按逐漸變化的光強顯示，利用控制入射光通斷的空間光調制器進行脈寬調制。人眼具有視覺暫留效應，使得作用在眼睛上的入射光量被積分，這種積分的結果是按光強被識別的。這樣，如果能夠按照足夠高速度進行脈寬調制，人眼會這樣識別入射光，即好像該光的光強是漸變的。
圖1表示這些圖像顯示裝置的基本概念。光源101通過光照射用光學系統(tǒng)102將光照射到空間光調制器103上。由空間光調制器103反射的光由一光投影用光學系統(tǒng)104投影到屏幕105上。因此，在屏幕105上顯示圖像。光源101是連續(xù)通電的以便形成具有預定光強的光，并由該使光源101的光通斷的空間光調制器103對來自光源101的光進行脈寬調制。應當認識到，雖然在圖1中的空間光調制器103是反射型的，但其也可以是透射型的。
圖2表示在上述圖像顯示裝置中采用的用于實現(xiàn)按漸變光強顯示的脈寬調制的基本原理。圖2表示由空間光調制器103實行的調制方式與由人眼可識別的光強(可識別的亮度)之間的相互關系。如圖所示，人眼會對由空間調制器103反射和調制的光量進行積分，并識別該積分值當作光強。因此，即使實際的光強是恒定的，由于由空間光調制器103所反射的光脈沖的寬度是變化的，由人眼識別的光強將對應于脈沖寬度變化的幅度而變化。因此，通過控制空間光調制器103的調制方式，就能夠進行光調制。
然而，如在圖3A中所示，如果在空間光調制器103的平面內的一個區(qū)域中的特性(性能)A與在另一具區(qū)域中的特性(性能)B不同，即如果在空間光調制器103的通/斷特性方面存在平面內的變化，則由空間光調制器103所調制的光的光強響應由一個區(qū)域到另一個區(qū)域是變化的，導致由人眼識別的光強是變化的。更具體地說，如果空間光調制器103由一個區(qū)域到另一個區(qū)域的平面內特征是變化的，由于以通過脈沖寬度調制實現(xiàn)光強調節(jié)為依據(jù)，光脈沖的強度和形狀也將由一個平面內的區(qū)域到另一個區(qū)域是變化的，使得光強將是不均勻的。
若使在空間光調制器103的平面內的特性完全均勻就能解決這一問題。然而，要使在空間光調制器103的平面范圍內的特性完全均勻是極為困難的。因此，利用常規(guī)的圖像顯示裝置難于消除由于空間光調制器103的特性的不均勻的平面內分布所造成的光強不均勻。
對于數(shù)目增加的亮度持續(xù)有限的時間的脈寬調制，必須要降低最小脈沖寬度。例如，在一種通常的圖像顯示裝置中，一屏圖像的顯示時間約為16毫秒，應在這一段時間內進行脈沖寬度調制，以按漸變的光強進行顯示。假設在16毫秒的時間內實現(xiàn)脈寬調節(jié)，如果光強數(shù)據(jù)為8比特(bit)并且具有256亮度級，則所需最小脈沖寬度須為62微秒。徜若光強數(shù)據(jù)為10比特，并具有1024亮度級，則最小脈沖寬度須為15微秒。
更具體地說，為了利用脈寬調制按照漸變的光強顯示圖像，最小脈沖寬度應為幾十微秒。由于TN液晶和STN液晶的響應速度為幾毫秒到幾百毫秒，最小脈沖寬度不可能為幾十微秒。對比起來，光調制材料(例如FLC)可達到的最小脈沖寬度為幾十微秒。然而，即使使用具有高響應速度的光調制材料，例如FLC，也需要利用很高的電壓來激勵光調制材料，以便達到這樣小的最小脈沖寬度。即對于激勵光調制材料的要求是很難滿足的。因此，在利用一能對光進行雙態(tài)調制的空間光調制器的常規(guī)圖像顯示裝置中的脈寬調制不能按照漸變的光強滿意地顯示圖像。
因此，本發(fā)明的目的是通過提供一種圖像顯示裝置和方法來克服上述在先技術存在的缺點，這種裝置和方法，即使利用能提供雙態(tài)的光或光調制的空間光調制器，也能按照漸變的光強滿意地顯示圖像。
根據(jù)本發(fā)明通過提供一種圖像顯示裝置來實現(xiàn)上述目的，該裝置包含一空間光調制器，其中形成有多個像素并以雙態(tài)方式對應于所要顯示的圖像中的像素數(shù)據(jù)對在其中的每一像素處的光進行調制；一個光源，其在空間光調制器中形成的像素狀態(tài)變化的過程中關斷光源，而在像素狀態(tài)穩(wěn)定階段光源將光脈沖照射到空間光調制器上；來自光源的光脈沖由空間光調制器在每一像素處進行調制以顯示圖像。
還通過提供一種圖像顯示方法來實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明該方法包含如下的步驟在空間光調制器中的每一像素處對來自光源的光進行調制，該光調制器以雙態(tài)方式對應于要顯示的圖像中的像素數(shù)據(jù)對光進行調制；在空間光調制器的像素狀態(tài)變化過程中關斷光源；并且在空間光調制器中的像素狀態(tài)是穩(wěn)定的階段將來自光源的光脈沖照射到空間光調制器上。
根據(jù)本發(fā)明，在空間光調制器中的像素狀態(tài)變化的階段光源被關斷，以及當空間光調制器中的像素處于穩(wěn)定狀態(tài)時光脈沖照射到空間光調制器上。即根據(jù)本發(fā)明，在空間光調制器中的像素狀態(tài)變化時不顯示圖像。因此，即使在空間光調制器中的像素狀態(tài)變化的階段存在平面內的特性變化，將不會使所要顯示的圖像在空間光調制器中的像素狀態(tài)變化的階段存在平面內的特性變化，將不會使所要顯示的圖像中的光強不均勻。
此外，根據(jù)本發(fā)明，對照射到空間光調制器上的光脈沖進行調制以便形成漸變的光強。因此，根據(jù)本發(fā)明，即使利用不能快速響應的空間光調制器也能得到漸變的光強。
由圖16A和16B可以看出人眼對光量的積分作用和將積分的數(shù)值識別作為光強。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以考慮僅針對光脈沖的光量的積分值而不是對脈沖寬度、脈沖數(shù)目、脈沖強度、脈沖形狀和脈沖位置進行光脈沖調制。就是說，照射到空間光調制器上的光脈沖的光量可以根據(jù)照射時間的長度和照射強度的乘積通過調節(jié)脈沖寬度、光脈沖數(shù)目、脈沖強度、脈沖形狀等進行調節(jié)。
結合附圖通過對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的如下詳細介紹，將會使本性這些目的和其它目的、特征和優(yōu)點變得更加明顯，其中圖1是為說明圖像顯示裝置的構成畫出的概念性示意圖；圖2是表示在上述圖像顯示裝置中為了實現(xiàn)按漸變的光強顯示的脈沖寬度調制的基本原理的解釋圖；圖3A和3B一起表示空間光調制器中由一個區(qū)域到另一個區(qū)域的平面內特性變化所引起的光強的不均勻，其中圖3A表示在空間光調制器中的不同的區(qū)域特性，而圖3B表示空間光調制器的響應特性和可識別的光強之間的關系；圖4表示根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置結構的一個實例；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置結構的另一個實例；圖6表示在按16種亮度級顯示光強的圖像的顯示過程中第一到第四個位面(bit planes)是如何順序顯示的；圖7A表示按照4個位面是如何顯示具有16種亮度級的一個圖像的。
圖7B表示按照5個位面是如何顯示具有16種亮度級的一個圖像的。
圖7C表示按照6個位面是如何顯示具有16種亮度級的一個圖像的；圖8是用于解釋怎樣按照空間光調制器的改進的特性變化來驅動該調制器的時間關系圖，表示在像素狀態(tài)變化期間怎樣關斷光源以及僅當像素狀態(tài)穩(wěn)定時怎樣接通光源的；圖9是本發(fā)明的第一實施例的解釋性附圖，表示在由光源照射的光脈沖、由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系；
圖10是本發(fā)明的第二實施例的解釋性附圖，表示在由光源照射到空間光調制器的光脈沖、由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系；圖11是本發(fā)明的第三實施例的解釋性附圖，表示在由光源照射到空間光調制器的光脈沖、由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系；圖12是本發(fā)明的第四實施例的解釋性附圖，表示由光源照射到空間光調制器的光脈沖，由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系；圖13是本發(fā)明的第五實施例的解釋性附圖，表示在由光源照射到空間光調制器的光脈沖、由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系；圖14是本發(fā)明的第六實施例的解釋性附圖，表示在由光源照射到空間光調制器的光脈沖、由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系；圖15是本發(fā)明的第七實施例的解釋性附圖，表示在由光源照射到空間光調制器的光脈沖、由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系；圖16是本發(fā)明的第八實施例的解釋性附圖，表示在由光源照射到空間光調制器的光脈沖、由空間光調制器形成的顯示狀態(tài)以及由人眼可識別的亮度級之間的相互關系。
下面參照圖4說明根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的第一實施例。該圖像顯示裝置指定用作為TV接收機、計算機監(jiān)視器、便攜式終端等的顯示裝置。由圖可看出，其包含一發(fā)出光脈沖的光源1、一對來自光源1的光脈沖進行調制的脈沖調制電路2、一空間光調制器3，在其每一像素處對來自光源1的光脈沖進行調制、一用于驅動空間光調制器3的空間光調制器驅動電路4、一光照射用的光系統(tǒng)5，將來自光源1的光脈沖照射到空間光調制器3；一控制脈沖調制電路2和空間光調制器驅動電路4的控制電路6、一顯示屏(在圖4中未顯示)，由空間光調制器3調制的光投影到其上，以及一光投影用的光學系統(tǒng)(在圖上未表示)，將由空間光調制器3調制的光投影到顯示屏上。
為了利用圖像顯示裝置顯示圖像，將圖像的數(shù)據(jù)提供到控制電路6?？刂齐娐?根據(jù)所提供的圖像數(shù)據(jù)控制脈沖調節(jié)電路2和空間光調制器驅動電路4。脈沖調制電路2受控制電路6控制以驅動光源發(fā)出光脈沖。另一方面，由控制電路6控制空間光調制器驅動電路4，以便驅動空間光調制器4。
在脈沖調制電路2的控制之下，光源1如上所述發(fā)出光脈沖。更具體地說，來自光源1的光脈沖的寬度、數(shù)目等受脈沖調制電路2控制，后面將進一步討論。應當認識到，光源1可以是鹵族(元素)燈、金屬鹵化物燈、氙燈、發(fā)光二極管等。對于大屏幕的圖像顯示裝置，鹵族元素燈、金屬鹵化物燈、氙燈等是適用的，因為其能提供足夠的光量。此外，對于要用于便攜式終端的圖像顯示裝置，發(fā)光二極管適于用作光源1，由于其能方便地滿足較小屏幕和低功率消耗的要求。
為了顯示彩色圖像，光源1應當是能夠發(fā)出與光的三基色相對應的紅、綠和藍色光脈沖，并且為了利用紅、綠和藍色光脈沖來顯示圖像應是分時的。對于與三基色對應的紅、綠和藍色光脈沖，可以對各自的顏色使用三種獨立的光源。另外，可使用分色鏡之類將來自一予光源的光脈沖分離為紅、綠和藍色光脈沖。
由光源1發(fā)出的光脈沖通過光照射用的光學系統(tǒng)5照射到空間光調制器3。在空間光調制器3中的每一像素處對光脈沖進行調制。這一空間光調制器3由能夠快速工作的光調制材料例如FLC制成，在其中形成有眾多像素。由驅動電路4驅動空間光調制器3，以便以雙態(tài)方式對應于要顯示的圖像中的像素數(shù)據(jù)對在調制器3的每一像素處的光進行調節(jié)，在此之后，將由空間光調制器3在每一像素處調制的和反射的光通過該光投影用的光學系統(tǒng)投影到屏幕上，從而在屏幕上顯示圖像。
應指出，如前面所述的，空間光調制器3可以是反射型的或者是透射型的。反射型的空間光調制器可以設計成，將用于在空間光調制器的每一像素處驅動空間光調制器的存儲元件之類配置在光反射表面相反的側，存儲元件不限制像素的有效口徑。即在反射型空間光調制器中，每一像素的有效口徑可以增加。另一方面，由于透射型空間光調制器可以省去光照射用的和光投影的光學系統(tǒng)，故圖像顯示裝置可以設計成較薄結構。更具體地說，通過在透射型空間光調制器的背后處設置背照明以及利用出自背照明的并通過空間光調制器的光顯示圖像，可以使圖像顯示裝置使得非常薄。
根據(jù)本發(fā)明，在空間光調制器3中形成的像素的狀態(tài)變化期間。光源1被關斷，而當在空間光調制器3中形成的像素的狀態(tài)穩(wěn)定時，來自光源1的光脈沖照射到空間光調器3上。為了實現(xiàn)上述作用，如圖4中所示，脈沖調節(jié)電路2連接到圖像顯示裝置中的光源1上，使得由光源1發(fā)出的光脈沖由脈沖調制電路2來調制。然而，在本發(fā)明中，關斷光源1意指來自光源1的光將不到達注視正顯示的圖像的人眼，也不是光源實際上必須關斷。
為此，用作光開閉器的光調制器7可以配置在光源1和光照射用的光學系統(tǒng)5之間，代替脈沖調制電路2裝設一開閉器驅動電路8以便控制光調制器7，如圖5中所示。在這種情況下，光調制器7將由光源1發(fā)出的并入射到空間光調器3上的光形成為脈沖。通過利用由開閉器驅動電路8控制光調制器7的開閉時間，按照光脈沖的寬度、數(shù)目等控制照射到空間光調制器3的光脈沖。應指出，可以將機械式開閉器用作光調制器7，不過利用聲光調制元件(AOM)無需機械操作的光調制器也適合于光調制器7。
下面，將討論利用前述圖像顯示裝置怎樣利用漸變的光強來顯示。應指出，在下文將“亮度級”將簡稱為“級”，并且每一像素的級數(shù)據(jù)為4比特。以舉例的方式介紹按照16級的顯示。
在如下的介紹中，將需按照16級顯示的一個圖像的顯示(周期)時間(period)取作為一個區(qū)段(field)。在常規(guī)的圖像顯示裝置中，一個區(qū)段為16毫秒。具有16級的一個圖像由至少四種光強彼此不同的圖像組成。這樣一種圖像稱之為“位面”。一個位面的顯示(周期)時間稱之為“子區(qū)段(sub-field)”。就是說，一個具有16種級的圖像至少由4位面組成。當具有16種級的一個圖像由4個位面組成時，一個區(qū)段由4個子區(qū)段組成。
為了顯示具有16級的圖像，如在圖6中所示，在第一子區(qū)段SF1的時間內的時間點t首先顯示第一位面BP1。接著，在第二子區(qū)段SF2的時間內的時間點t+SF1，顯示第二位面BP2。然后，在第三子區(qū)段SF3的時間內的時間點t+SF1+SF2，顯示第三位面BP3。接著，在第四子區(qū)段SF4的時間內的時間點t+SF1+SF2+SF3，顯示第四位面BP4。在位面BP1到BP4顯示之后，將再次按順序顯示下一圖像中的各位面。
現(xiàn)在假設，在各子區(qū)段之間的時間比SF1∶SF2∶SF3∶SF4=1∶2∶4∶8。因此，作為一個圖像顯示第一位面BP1，由人眼可識別的亮度級為1。對于第二、第三和第四位面，這些級分別為2、4和8。通過將這些位面重疊，可以按照16種級顯示圖像。即當連續(xù)顯示這四個位面BP1、BP2、BP3和BP4時，在余象效應作用下，人眼可以按照16種級識別顯示圖像。
上面已經討論了其中的一具有16級的圖像由4位面組成的實例。然而，應當認識到一個具有16級的圖像可以由五或更多的位面組成。即在上述實例中，一個區(qū)段被分成為4個子區(qū)段SF1、SF2、SF3和SF4，以及在每一子區(qū)段中顯示位面BP1、BP2、BP3和BP4。如圖7A中所示。然而，這些子區(qū)段和位面可以進一步進行再細分，如圖7B和7C所示。應當指出，子區(qū)段和位面的數(shù)目以及子區(qū)段和位面的排列順序并不限于如在圖7A、7B和7C中所表示的上述實例中的那一些，而是可以自由地確定的。
在圖7B中所表示的實例中，第四位面進一步分成為位面BP4A和BP4B，第四子區(qū)段持續(xù)時間內顯示第四位面BP4，該第四子區(qū)段細分為子區(qū)段，SF4A和SF4B。按照SF4A、SF1、SF2、SF3和SF4B的順序排列各子區(qū)段，并且按照BP4A、BP1、BP2、BP3和BP4B的順序顯示各位面。
在圖7C所示的實例中，第三位面BP3進一步分成為位面PB3A和BP3B，第四位面BP4進一步分成為位面BP4A和BP4B。此外，第三子區(qū)段SF3細分為子區(qū)段SF3A和SF3B，在第三子區(qū)段SF3的持續(xù)時間內顯示位面BP3，以及第四子區(qū)段(在其持續(xù)時間內顯示第四位面BP34)細分為子區(qū)段SF4A和SF4B。按SF4A、SF3A、SF1、SF2、SF3B和SF4B的順序排列各子區(qū)段，而按BP4A、BP3A、BP1、BP2、BP3B和BP4B的順序顯示各位面。
按常規(guī)為了按漸變的光強顯示，如上所述，光源總是按照預定的光強維持發(fā)光，以高速驅動空間光調制器，以便調節(jié)每一位面的光強，即每一位面的顯示時間。與之對比，根據(jù)本發(fā)明，由光源1所發(fā)出的光呈脈沖狀并進行脈沖調制以便調制光強。下面將詳細討論來自光源1的光怎樣形成脈沖以及怎樣作為圖像顯示。
根據(jù)本發(fā)明，在像素狀態(tài)變化期間關斷光源，而僅當像素狀態(tài)穩(wěn)定時接通。這一點表示在圖8中。在這一實例中，空間光調制器3為反射型，其利用具有狀態(tài)存儲特性的光調制材料。即當重新寫入像素時只要施加驅動電壓就夠了以及其后即使使驅動電壓為零也能維持像素狀態(tài)。
在圖8中所示的時間關系圖中，以舉例的方式表示兩個像素m和n。圖8表示由光源發(fā)出的光、施加到空間光調制器3以改變像素m的狀態(tài)的驅動電壓、施加到空間光調制器3以改變像素n的狀態(tài)的驅動電壓、空間光調制器3中關于像素m的部分的狀態(tài)、空間光調制器3中關于像素n的部分的狀態(tài)、由空間光調制器3中的像素m反射的光、由空間光調制器3中的像素n反射的光等量的隨時間變化。
由圖8可以看出，在該像素m和n的狀態(tài)變化的時間(過渡時間)段光源1被關斷。僅對于所有像素m和n均處于穩(wěn)定狀態(tài)的時間段(狀態(tài)穩(wěn)定的時間)才接通光源1。
通常，空間光調制器中的所有像素的特性是不均勻的，它們的響應特性由一個區(qū)域到另一個區(qū)域的平面內是變化的。因此，如果空間光調制器對其中的不同像素m和n施加相同的驅動電壓，像素m和n很可能以不同的方式響應，這種情況是可能產生的。即，即使像素m和n被施加相同的驅動電壓，它們很可能彼此呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。因此，當在過渡時間段中顯示圖像時，將產生光強不均勻性。
根據(jù)本發(fā)明，對于過渡時間(段)關斷光源1，使得不顯示圖像。因此，即使在過渡時間段中像素m以與像素n不同的方式響應，這樣的差別也不會對圖像顯示有影響。因此，即使在空間光調制器3中產生平面內的特性變化，仍可顯示一無光強不均勻和具有優(yōu)異質量的圖像。
進而，根據(jù)本發(fā)明，僅當像素狀態(tài)穩(wěn)定時，才能對照射到空間光調制器3上的光脈沖進行調制，以便按照很多級進行顯示。下面參照本發(fā)明的8個實施例介紹脈沖調制。
應當認識到在如下的實施例中，為了按照16級顯示將采用上述四位面BP1、BP2、BP3和BP4。就是說，在第一子區(qū)段SF1的持續(xù)時間內顯示第一位面BP1，其中由人眼可識別的亮度級為1。在第二子區(qū)段SF2的持續(xù)時間內顯示第二位面BP2，其中由人眼可識別的亮度級為2。在第三子區(qū)段SF3的持續(xù)時間內顯示第三位面BP3，其中的由人眼可識別的亮度級為4。在第四子區(qū)段SF4的持續(xù)時間內顯示第四位面BP4，其中的由人眼可識別的亮度級為8。
此外在下面進一步討論的本發(fā)明的各實施例中，將介紹按照16個亮度級的顯示，這一級數(shù)目是相對小的。然而，本發(fā)明當然可以按照或多或少的級進行顯示。特別是，本發(fā)明的優(yōu)點在于，按照增加的級數(shù)目即使空間光調制器不能快速響應也可以顯示圖像。例如，對于空間光調制器3中的每一像素可以指定8比特的級數(shù)據(jù)，以便按256個級顯示圖像。此外，對于每個像素可以指定10(這樣的)位，以便按照1024個級顯示圖像。這些都是易于實現(xiàn)的。
在如下的實施例中，為了介紹和表示簡化，針對具有16個級的一個圖像中的四個位面。然而，還應當認識到，根據(jù)本發(fā)明，具有16個級的一個圖像當然可以由5個或更多個位面組成，如圖7中所示。
第一實施例根據(jù)這一實施例，所有的子區(qū)段確定具有相同的時間長度，并對來自光源的光脈沖進行脈寬調制，如圖9中所示。
還應當指出，利用在圖像顯示裝置中的脈沖調制電路2按預定的時間控制光源1的接通和關斷，從而調制光脈沖，如圖10所示。此外，在圖6中所示的圖像顯示裝置中，通過利用開閉器驅動電路8控制光調制器7按時通斷，實現(xiàn)光脈沖調制。對于第二到第七實施例上述情況也是正確的，接著對第一實施例的解釋將介紹第二到第七實施例。
如圖9中所示，在第一實施例中，在每一子區(qū)段的延續(xù)時間內來自光源1的經調制以具有與每一位面相對應的寬度的光脈沖照射到空間光調制器3。即，對于第一子區(qū)段SF1，對照射到空間光調制器3上的光脈沖調制使之具有的寬度為t。對于第二子區(qū)段SF2照射的光脈沖的脈沖寬度為2×t，對于第三子區(qū)段照射的光脈沖的脈沖寬度為4×t，對于第四子區(qū)段SF4則為8×t。
由于上述調制的結果，由人眼可識別的第一位面BP1的級為1，對第二位面BP2則為2，對第三位面BP3為4，對第四位面為8。如前所述，將這些位面BP1、BP2、BP3和BP4彼此重疊，以便按16個級顯示圖像。
為了增加用于顯示圖像的級的數(shù)目，需要增加對于一個區(qū)段顯示的位面的數(shù)目。在常規(guī)的圖像顯示裝置中為實現(xiàn)相同的目的，應降低子區(qū)段的時間以增加位面數(shù)目。然而，由于空間光調制器的響應速度是受限制的，降低子區(qū)段時間也會受到限制。因此，在常規(guī)的圖像顯示裝置中難于增加用于圖像顯示的級的數(shù)目。
另一方面，根據(jù)這一實施例，調制光脈沖以改變每一位面的級，與子區(qū)段的時間長度無關。因此，即使當為了在光調制器3的正常工作，要保證子區(qū)段時間長度足夠長，也能夠增加亮度級不同的位面的數(shù)目。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠按照比以經更多的級顯示圖像。
第二實施例根據(jù)這一實施例，而在對來自光源1的光脈沖進行脈寬調節(jié)時，子區(qū)段的時間是變化的，如圖10所示。
更具體地說，第一子區(qū)段SF1和第二子區(qū)段SF2的時間確定為t1，第三子區(qū)段SF3和第四子區(qū)段的時間確定為2×t1，即為第一和第二子區(qū)段SF1和SF2的時間2倍長。在這些長度不同的時間范圍內，經調制以使寬度對應于每一位面的光脈沖由光源1照射到空間光調制器3上。
此外，對于第一子區(qū)段SF1，對照射到空間光調制器3上的光脈沖進行調制，使其寬度為t。對于第二子區(qū)段SF2，經調制寬度為2×t。對于第三子區(qū)段SF3，經調制寬度為4×t。對于第四子區(qū)段SF4，經調制寬度為8×t。
由于進行上述調制的結果，由人眼可識別的第一位面BP1的級為1，第二位面BP2為2，第三位面BP3為4，第四位面為8。正如前面已介紹的，通過將各位面BP1到BP4彼此重疊，按16種級顯示圖像。
如圖10中所示，子區(qū)段的時間長度是變化的，以便降低由光源1照射較小寬度的光脈沖的位面的光源的關斷時間，因此，使得能夠以較高的效率利用光。由于降低了關斷時間，可以抑制由于來自光源1的光的脈沖引起的圖像閃爍。
應注意，在各子區(qū)段之間的時間長度之比并不限于上述實例，而是可以自由確定。
第三實施例根據(jù)這一實施例，確定所有的子區(qū)段。使之具有相同的時間長度，對來自光源1的光脈沖進行脈寬調制，由光源1對于一個子區(qū)段發(fā)出二個光脈沖，如圖11所示。即根據(jù)本發(fā)明，由光源1向空間光調制器3發(fā)出兩個經調制的光脈沖，使得其寬度對應于在每一子區(qū)段的時間內的各位面。
更具體地說，對于第一子區(qū)段SF1，在兩個時間點按照預定的間隔，寬度為t/2的光脈沖照射到空間光調制器3上，如圖11所示。對于第二子區(qū)段SF2，寬度為t的光脈沖按照預定的間隔兩次照射到空間光調制器3上。對于第三子區(qū)段SF3，寬度為2×t的光脈沖按照預定的間隔兩次照射到空間光調制器3上。對于第四子區(qū)段SF4，寬度為4×t的光脈沖按照預定的間隔兩次照射到空間光調制器3上。
由于進行上述脈沖調制的結果，由人眼可識別的第一位面BP1的級為1。對于第二位面BP2為2，對于第三位面BP3為4，對于第四位面BP4為8。如前面已介紹的，通過將各位面BP1到PB4彼此重疊，可按16種級顯示圖像。
如圖11中所示，在一個子區(qū)段時間內光脈沖一次之上照射到空間光調制器3上，以便降低光源1被持續(xù)關斷的時間，因此，可以有效地利用子區(qū)段時間。由于持續(xù)關斷的時間降低，可以抑制由于來自光源1的光的脈動所引起的圖像閃爍。
在圖11所示的實施例中，在一個子區(qū)段時間內兩次發(fā)出光脈沖。然而，應當認識到，如果按照足夠高的速度接通和關斷光源1，在一個子區(qū)段時間內可以三次以上發(fā)出光脈沖。
第四實施例根據(jù)這一實施例，確定所有的子區(qū)段使之具有相同的時間，在如圖12的每一個子區(qū)段的時間內改變照射到空間光調制器3的光脈沖數(shù)。
更具體地說，對于第一子區(qū)段SF1，寬度為t的光脈沖一次照射到空間光調制器3上。對于第二子區(qū)段SF2，寬度為t的光脈沖按預定的間隔四次兩次照射。對于第三子區(qū)段SF3，寬度為t的光脈沖按預定的間隔照射。對于第四子區(qū)段SF4，寬度為t的光脈沖按預定的間隔八次照射。
由于進行上述脈沖調制的結果，由人眼可識別的位面BP1的級為1。對于位面BP2為2，對于位面BP3為4，對于位面BP4為8。正如上文所介紹的，通過將各位面BP1到BP4彼此重疊，可按16個級顯示圖像。
在這一第四實施例和下面將討論的第五到第八實施例中，在一個區(qū)段時間內改變脈沖的數(shù)目，而脈沖寬度保持不變。這種脈沖調制的優(yōu)點是能比脈寬調制更精確地調制。
第五實施例根據(jù)這一實施例，子區(qū)段時間是變化的，同時對于每一子區(qū)段時間照射到空間光調制器上的光脈沖數(shù)目是變化的，如圖13中所示。
就是說，第一和第二子區(qū)段SF1和SF2的時間確定為t1，第三和第四子區(qū)段SF3和SF4的時間確定為2×t1，即為第一和第二子區(qū)段SF1和SF2的時間的2倍。對于每一子區(qū)段時間，由光源1照射到空間光調制器3上的光脈沖的數(shù)目是變化的。
更具體地說，對于第一子區(qū)段SF1，寬度為t的光脈沖一次照射到空間光調制器3上。對于第二子區(qū)段SF2，寬度為t的光脈沖按預定的間隔兩次照射到空間光調制器3上。對于第三子區(qū)段SF3，寬度為t的光脈沖4次照射到空間光調制器3上。對于第四子區(qū)段SF4，寬度為t的光脈沖按預定的間隔8次照射到空間光調制器3上。
由于進行上述脈沖調制的結果，由人眼可識別的第一位面BP1的級為1，對于第二位面BP2為2，對于第三位面BP3為4，對于第四位面BP4為8。如上所述，將這些位面BP1、BP2、BP3和BP4彼此重疊，以按照16種級顯示圖像。
如圖13中所示，子區(qū)段的長度是變化的，以對于由光源1照射較少數(shù)目的光脈沖的一位面降低光源關斷時間，因此，使得能以更高的效率利用光。由于來自光源1的光的脈沖引起的圖像閃爍可以得到抑制。
應注意，在各子區(qū)段之間的時間長度比并不局限于上述的實例，而是可以自由確定。
第六實施例根據(jù)這一實施例，所有的子區(qū)段具有相同時間長度，設想將子區(qū)段時間除以2，對于各子區(qū)段分別按照不同數(shù)目的光脈沖照射空間光調制器，如圖14所示。應注意，對子區(qū)段的除法運算的除數(shù)并不局限為2，而是可以自由確定。
根據(jù)這一實施例，對于第一子區(qū)段SF1的前半部，寬度為t/2的光脈沖一次照射到空間光調制器3上。對于后半部，寬度為t/2的光脈沖一次照射到空間光調制器3上。對于第二子區(qū)段SF2的前半部，寬度為t/2的光脈沖兩次照射到空間光調制器3上，對于后半部，寬度為t/2的光脈沖兩次照射到空間光調制器3上。對于第三子區(qū)段SF3的前半部，寬度為t/2的光脈沖4次照射到空間光調制器3上，對于后半部寬度為t/2的光脈沖4次照射到空間光調制器3上。對于第四子區(qū)段SF4的前半部，寬度為t/2的光脈沖8次照射到空間光調制器3上，對于第四子區(qū)段SF4的后半部，寬度為t/2的光脈沖8次照射到空間光調制器上。
由于進行上述脈沖調制的結果，由人眼可識別的第一位面BP1的級為1，對于第二、三、四位面BP2、BP3和BP4，由人眼可識別的級分別為2、4和8。通過將這些位面BP1和BP4彼此重疊，可按16種級顯示圖像。
如圖14所示，一個子區(qū)段再細分為多個子區(qū)段，預定數(shù)目的光脈沖照射到每個再細分的子區(qū)段，使得光源1被持續(xù)關斷的時間可以降低，因此可以更有效地利用光。由于降低關斷時間，可以抑制由于來自光源1的光的脈動所引起的圖像閃爍。
第七實施例根據(jù)這一實施，所有的子區(qū)段具有相同的時間長度，對于每一子區(qū)段時間，照射到空間光調制器3上的光脈沖的數(shù)目是變化的，如圖15所示。在子區(qū)段時間范圍內，在近于均勻分布的時間點發(fā)出光脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的第七實施例，所有的子區(qū)段的時間都具有預定的長度。由一時間點到另一時間點的時間確定為t，在前一時間點，空間光調制器3中的每一像素的狀態(tài)達到穩(wěn)定，在后一時間點，空間光調制器3中的每一像素的狀態(tài)開始改變，即在一時間點上下一個位面開始。應當認識到，如果在空間光調制器3達到穩(wěn)定以后，在一子區(qū)段開始后實現(xiàn)光脈沖的第一(次)照射，則時間t可以與子區(qū)段時間相同。
在空間光調制器3中的每個像素達到穩(wěn)定以及第一位面BP1顯示在空間光調制器3上的時間確定為S1，在空間光調制器3中的每個像素達到穩(wěn)定以及第二位面BP2顯示在空間調制器3上的時間點確定為S2，在空間光調制器3中的每個像素達到穩(wěn)定以及第三位面BP3顯示在空間光調制器3上的時間點確定為S3，在空間光調制器3中的每個像素達到穩(wěn)定以及第四位面BP4顯示在空間光調制器3上的時間點確定為S4。
根據(jù)第七實施例，對于第一子區(qū)段SF1，寬度為t/2的光脈沖2次照射到空間光調制器3上。在時間點S1+t/3以及在時間點S1+2×t/3分別照射光脈沖。
對于第二子區(qū)段SF2，寬度為t/2的光脈沖4次照射到空間光調制器3上。在時間點S2+t/5，在時間點S2+2×t/5，在時間點S2+3×t/5以及在時間點S2+4×t/5分別照射光脈沖。
對于第三子區(qū)段SF3，寬度為t/2的光脈沖8次照射到空間光調制器3上。在時間點S3+t/9、在時間點S3+2×t/9，在時間點S3+3×t/9，在時間點S3+4×t/9，在時間點S3+5×t/9，在時間由S3+6×t/9，在時間點S3+7×t/9，在時間點S3+8×t/9分別照射光脈沖。
對于第四子區(qū)段SF4，寬度為t/2的光脈沖16次照射空間光調制器3。在時間點S4+t/17，在時間點S4+2×t/17，在時間點S4+3×t/17，在時間點S4+4×t/17，在時間點S4+5×t/17，在時間點S4+6×t/17，在時間點S4+7×t/17，在時間點S4+8×t/17，在時間點S4+9×t/17，在時間點S4+10×t/17，在時間點S4+11×t/17，在時間點S4+12×t/17，在時間點S4+13×t/17，在時間點S4+14×t/17，在時間點S4+15×t/17，在時間點S4+16×t/17分別照射光脈沖。
由于進行上述脈沖調制的結果，由人眼可識別的第一位面BP1的級為1，對于第二位面BP2的級為2，對于第三位面BP3的級為4，對于第四位面BP4的級為8。如先前所介紹的，通過將各位面彼此重疊，可按16種級顯示圖像。
如圖15中所示，根據(jù)本發(fā)明，在整個子區(qū)段時間范圍內，在近于均勻分布的各時間點發(fā)出光脈沖以降低光源1持續(xù)關斷的時間，因此可以有效地利用了區(qū)段時間。由于降低了持續(xù)關斷的時間，可以抑制由于來自光源1的光的脈動引起的圖像閃爍。
第八實施例根據(jù)這一實施例，子區(qū)段時間的長度是變化的，同時對于第一子區(qū)段時間，照射到空間光脈沖的數(shù)目也是變化的，如圖16所示。此外，在整個子區(qū)段時間范圍內，在近于均勻分布的各時間點發(fā)出光脈沖。
下面假設第一和第二子區(qū)段SF1和SF2的時間為t，對第三和第四子區(qū)段的時間則為2×t。此外，假設在一時間點S1，空間光調制器3中的每一像素達到穩(wěn)定以及第一位面BP1顯示在空間光調制器3上。此外假設在一時間點S2，空間光調制器3中的每一像素的狀態(tài)達到穩(wěn)定并在空間光調制器3上顯示第一位面BP2。另外，假設在時間點S3，空間光調制器3上的每一像素的狀態(tài)達到穩(wěn)定并在空間光調制器3上顯示第一位面BP3。還假設在時間點S4，空間光調制器3中的每一像素達到穩(wěn)定狀態(tài)并在空間光調制器3上顯示第一位面BP4。
應注意，在各子區(qū)段之間的時間比并不局限于上述值，而是可以自由確定。
如果在上述相同的假設條件下，在空間光調制器3的過渡過程中照射第一光脈沖，在第一和第二子區(qū)段SF1和SF2的時間內，空間光調制器3的穩(wěn)定狀態(tài)的時間長度最好應為t，而在第三和第四子區(qū)段SF3和SF4的時間內的對應值最好為2×t。
根據(jù)這一實施例，對于第一子區(qū)段SF1，寬度為t/2的光脈沖兩次照射到空間光調制器3上。在時間點S1+t/3，在時間點S1+2×t/3分別照射光脈沖。
對于第二子區(qū)段SF2，寬度為t/2的光脈沖4次照射到空間光調制器3上。在時間點S2+t/5，在時間點S2+2×t/5，在時間點S2+3×t/5，在時間點S2+4×t/5分別照射光脈沖。
對于第三子區(qū)段SF3，寬度為t/2的光脈沖8次照射到空間光調制器3上。在時間點S3+2×t/9，在時間點S3+4×t/9，在時間點S3+6×t/9，在時間點S3+8×t/9，在時間點S3+10×t/9，在時間點S3+12×t/9，在時間點S3+14×t/9，在時間點S3+16×t/9分別照射光脈沖。
對于第四子區(qū)段SF4，寬度為t/2的光脈沖16次照射到空間光調制器3上。在時間點S4+2×t/17，在時間點S4+4×t/17，在時間點S4+6×t/17，在時間點S4+8×t/17，在時間點S4+10×t/17，在時間點S4+12×t/17，在時間點S4+14×t/17，在時間點S4+16×t/17，在時間點S4+18×t/17，在時間點S4+20×t/17，在時間點S4+22×t/17，在時間點S4+24×t/17，在時間點S4+26×t/17，在時間點S4+28×t/17，在時間點S4+30×t/17，在時間點S4+32×t/17分別照射脈沖。
由于進行上述脈沖調制的結果，由人眼可識別的第一位面BP1的級為1，對于第二位面BP2為2，對于第三位面BP3為4，對于第四位面BP4為8。正如前面已經介紹的，通過將各位面BP1到BP4彼此重疊可按照16種級顯示圖像。
如圖16所示，子區(qū)段的長度是變化的，以降低對于由光源1照射較小數(shù)目的脈沖的位面的光源的關斷時間，因此使得能夠以較高的效率利用光。由于降低了關斷時間，可以抑制由于來自光源1的光的脈動引起的圖像閃爍。
上面已參照本發(fā)明的第一到第八實施例進行了介紹，在沒有高速驅動空間光調制器3的情況下，可以由光源1發(fā)出經調制的光脈沖，按很多級顯示圖像。在常規(guī)的圖像顯示裝置中，要高速驅動空間光調制器3，以改變對于每一位面的子區(qū)段時間，以便按照很多級顯示圖像。然而，由于空間光調制器3的高響應速度是受到限制的，子區(qū)段時間不可能充分降低。使得通過增加級數(shù)目顯示圖像是極為困難的。與之對比，由于在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置和方法中，對由光源1發(fā)出的光進行調制，即使當為了空間光調制3的正常工作要保證足夠長的子區(qū)段時間時，也可以易于增加位面的數(shù)目，達到更多的級。
由對本發(fā)明的以上介紹可以看出，即使利用進行雙態(tài)的光調制的空間光調制器，本發(fā)明也能按照足夠數(shù)目的級來顯示圖像。由于在像素狀態(tài)變化的過渡時間的過程中光源是關斷的，即使當空間光調制器的特性平面內變化時，圖像也具有優(yōu)異的質量而無光強不均勻的現(xiàn)象。
權利要求
1．一種圖像顯示裝置，包含空間光調制器，其中形成有眾多像素，并按雙態(tài)的方式以與需顯示的圖像中的像素數(shù)據(jù)相對應的其中的每一像素上的光進行調制；以及光源，在空間光調制器中形成的像素的狀態(tài)變化的過程中關斷光源，當像素狀態(tài)穩(wěn)定時，光源向空間光調制器照射光脈沖；由空間光調制器在每一像素處對來自光源的光脈沖進行調制以顯示圖像。
2．如權利要求1所述的裝置，其中的光源將對應于需顯示的圖像的光強變化寬度的光脈沖照射到空間光調制器上。
3．如權利要求1所述的裝置，其中的在一對應于需顯示的圖像的光強變化的時間內，空間光調制器將其中的像素保持在穩(wěn)定狀態(tài)。
4．如權利要求2所述的裝置，其中在使像素保持在穩(wěn)定狀態(tài)的時間內，光源照射兩個以上的光脈沖。
5．如權利要求1所述的裝置，其中根據(jù)需顯示的圖像光源將數(shù)目可變的光脈沖照射到空間光調制器上。
6．如權利要求5所述的裝置，其中在一對應于需顯示的圖像的光強變化的時間內，空間光調制器將其中的像素保持穩(wěn)定狀態(tài)。
7．如權利要求5所述的裝置，其中在像素狀態(tài)保持在穩(wěn)定狀態(tài)的時間范圍內光源在通常均勻分布的各時間點發(fā)出光脈沖。
8．如權利要求1所述的裝置，其中根據(jù)照射時間長度和光強的乘積，光源將光量可調的光脈沖照射到空間光調制器上。
9．一種圖像顯示方法，包含的步驟有在空間光調制器的每一像素處對來自光源的光進行調制，該調制器以雙態(tài)的方式對應于需顯示的圖像的像素數(shù)據(jù)對光進行調制；在空間光調制中的像素狀態(tài)變化的過程中關斷光源；以及在空間光調制器中的像素狀態(tài)穩(wěn)定時來自光源的光脈沖照射到空間調制器上。
10．如權利要求9所述的方法，其中的光源將對應于需顯示的圖像的光強變化的寬度的脈沖照射到空間光調制器上。
11．如權利要求10所述的方法，其中在一對應于需顯示圖像的光強變化的時間內，空間光調制器將其中的像素保持在穩(wěn)定狀態(tài)。
12．如權利要求10所述的方法，其中在其中像素保持在穩(wěn)定狀態(tài)的時間，光源照射兩個以上的光脈沖。
13．如權利要求9所述的方法，其中根據(jù)需顯示的光強光源將可變數(shù)目的光脈沖照射到空間光調制器上。
14．如權利要求13所述的方法，其中在對應于需顯示的圖像的光強變化的時間內，空間光調制器將其中的像素保持在穩(wěn)定狀態(tài)。
15．如權利要求13所述的方法，其中在像素狀態(tài)保持在穩(wěn)定狀態(tài)的時間范圍內光源按通常均勻的各時間點發(fā)出光脈沖。
16．如權利要求9所述的方法，其中根據(jù)照射時間長度和光強的乘積光源將可調光量的光脈沖照射到空間光調制器上。
全文摘要
提供一種圖像顯示裝置和方法,其即使利用進行雙態(tài)的光調制的空間光調制也能按照漸變的光強得到滿意的顯示。利用空間光調制器3對來自光源1的光進行調制,該調制器以對應于需顯示的圖像的像素數(shù)據(jù)的方式對其中的每一像素處的光進行調制。當空間光調制器3中的像素狀態(tài)變化時,關斷光源1。當空間光調制器3中的像素狀態(tài)穩(wěn)定時,來自光源1的光脈沖照射到空間光調制器3上以顯示圖像。
文檔編號G02F1/133GK1211024SQ9810337
公開日1999年3月17日 申請日期1998年7月2日 優(yōu)先權日1997年7月2日
發(fā)明者秋元修, 田中義禮 申請人:索尼公司