专利名称：具有顺序制彩色和摆动装置的显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于显示图像的显示系统和方法，更具体地说，涉及具有顺序制彩色和摆动装置的显示系统和方法。
背景技术：
现有诸如显示器、投影仪或其他图像显示系统等许多图像显示系统来显示静止或动画视频图像。观看者根据诸如图像尺寸、对比度、彩色纯度、亮度、像素彩色准确度和分辨率等判断标准对图像显示系统进行评价。在许多显示器市场上，像素彩色准确度和分辨率是特别重要的尺度，因为像素彩色准确度和分辨率可以限制所显示的图像的清晰度和尺寸。
传统的图像显示系统是通过对排列成水平行和垂直列的像素阵列进行寻址来产生图像的。因为像素呈矩形，所以它不为弯曲的边缘提供阶梯形或锯齿状外形就难以描绘图像中物体的对角线和弯曲的边缘。另外，若显示系统的一个或多个像素有缺陷，所显示的图像将受到所述缺陷的影响。例如，若所述显示系统的像素只呈现”关断”位置，则在所显示的图像上就会产生一个实心的黑方块。当所显示的图像以彩色投影在大型观看面上时，像素几何形状上不希望有的结果和像素的不准确就显得突出。
许多显示系统用单一调制器通过为每个视频帧以原色(红、绿和蓝)建立三个或更多个调制图像来建立全色显示。原色一般利用色轮、棱镜或某些彩色滤光片从白光光源产生。以高速率依次显示所调制的图像，以便在人类视觉系统中建立全色图像。于是，这种产生全色显示的方法被称作”顺序制彩色”。但是，在某些顺序制彩色系统中，会在图像显示过程中出现诸如雪花等不希望有的视觉人为失真。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种显示图像的显示系统，它包括调制器，它配置成产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，其中每个彩色图像子帧对应于多种颜色中的一种颜色；显示光学装置，它配置成这样显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及摆动装置(104)，它配置成在每一个所述彩色图像子帧的显示之间显示所述光束，以便把对应于所述多种彩色中的每一种彩色的彩色图像子帧显示在若干个图像子帧位置中的每一个位置上。
在一个实施例中，所述的系统还包括图像处理单元，它配置成处理定义所述图像的图像数据并且产生所述图像子帧；以及顺序制彩色装置，它配置成把彩色光束照射在所述调制器面上，所述彩色光束具有所述多种颜色顺序地循环的一种颜色；其中所述调制器配置成按照所述彩色图像子帧的数目调制所述彩色光束，以便产生携带所述多个彩色图像子帧的所述光束。
在另一个实施例中，所述多个彩色图像子帧包括其数目等于所述图像子帧位置数目乘以所述多种颜色的颜色数目的多个彩色图像子帧。
在另一个实施例中，所述调制器包括硅上液晶(LCOS)阵列。
在另一个实施例中，所述调制器包括微镜面阵列。
在另一个实施例中，所述摆动装置包括检流计式反射镜。
根据本发明的第二方面，提供一种显示图像的显示系统，它包括调制器，它配置成产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，所述多个彩色图像子帧分成若干组不同颜色的第一、第二和第三彩色图像子帧；显示光学装置，它配置成显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及摆动装置，它配置成这样移动所述光束，使得所述多个组中每一组的所述第一和第二图像子帧显示在多个图像子帧位置中的一个，而所述多个组中每一组的所述第三图像子帧显示在所述多个图像子帧位置中的另一个。
根据本发明的第三方面，提供一种显示图像的方法，所述方法包括利用调制器产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，其中每一个彩色图像子帧唯一地对应于多种颜色中的一种颜色；显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及在所述彩色图像子帧中每一个的显示之间移动所述光束，以便把对应于所述多种颜色中的每一种颜色的彩色图像子帧显示在若干个图像子帧位置中的每一个位置。
根据本发明的第四方面，提供一种显示图像的方法，所述方法包括产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，所述多个彩色图像子帧分成不同颜色的第一、第二、第三彩色图像子帧的若干组；显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及这样移动所述光束，使得所述多个组中每一个组的第一和第二图像子帧显示在若干个图像子帧位置中的一个，而所述多个组中每一个组的第三图像子帧显示在所述若干图像子帧位置中的另一个。
附解说明本发明的不同实施例，并作为本说明书的一部分。图解说明的实施例只是本发明的一些示例而已，并不限制本发明的范围。
图1图解说明按照一个示范性实施例的示范性显示系统；图2图解说明利用按照一个示范性实施例的顺序制彩色产生显示图像的过程；
图3图解说明按照一个示范性实施例的示范性顺序制彩色装置；图4图解说明示范性显示系统，只是扩展按照一个示范性实施例的显示图像处理单元中的示范性功能；图5A-C图解说明按照一个示范性实施例可以为一个特定图像产生若干个图像子帧；图6A-B图解说明按照一个示范性实施例，把来自第一子帧的一个像素显示在第一图像子帧位置上，并把来自第二子帧的一个像素显示在第二图像子帧位置上；图7A-D图解说明按照一个示范性实施例的子帧产生功能可以为一个图像帧定义四个图像子帧。
图8A-D图解说明按照一个示范性实施例在第一图像子帧位置上显示来自第一子帧的一个像素，在第二图像子帧位置上显示来自第二子帧的一个像素，在第三图像子帧位置上显示来自第三子帧的一个像素并在第四图像子帧位置上显示来自第四子帧的一个像素；图9图解说明一个示范性实施例，其中摆动装置在两个图像子帧位置之间移动图像子帧的显示位置；图10图解说明一个示范性实施例，其中摆动装置在两个图像子帧位置之间垂直移动所述图像子帧的显示位置；图11图解说明一个示范性实施例，其中摆动装置按照一个示范性实施例在两个图像子帧位置之间水平移动所述图像子帧的显示位置；图12图解说明一个示范性实施例，其中摆动装置按照一个示范性实施例在四个图像子帧位置之间移动这些图像子帧的显示位置；图13图解说明一个示范性的可供选择的实施例，其中摆动装置按照一个示范性实施例在四个图像子帧位置之间移动这些图像子帧的显示位置，使得各原色中的两种原色显示在同一图像子帧位置上，然后把第三原色显示在不同的图像子帧位置上；图14图解说明一个示范性的可供选择的实施例，其中摆动装置按照一个示范性实施例在四个图像子帧位置之间移动这些图像子帧的显示位置，使得各原色中的两种原色显示在同一图像子帧位置上，然后把第三原色显示在不同的图像子帧位置；图15图解说明第二示范性实施例，其中摆动装置在四个图像子帧位置之间移动这些图像子帧的显示位置。
在所有附图中，相同的标号标示类似的，但不一定是相同的部分。
具体实施例方式
在以下描述中，为了便于解释，提出若干具体的细节，目的在于使人对本显示系统有一个透彻的理解。但显然，对于本专业的技术人员，没有这些具体的细节也可以实施本显示系统。在本说明书中所谓”一个实施例”是指联系所述实施例描述的特定的特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。在本说明书的不同位置出现的”在一个实施例中”这一术语并不一定指同一实施例。
“显示系统”这一术语将用在这里和后附权利要求书中，除非专门指出，否则是指投影仪、投影系统、图像显示系统、电视系统、视频监视器、计算机监视系统或其他配置成显示图像的系统。图像可以是静止图像、一系列图像或动画视频。”图像”这一术语用在这里和后附权利要求书中，除非专门指出，否则泛指静止图像、一系列图像、动画视频或其他由显示系统显示的任何其他东西。
图1图解说明按照一个示范性实施例的示范性显示系统(100)。图1的组成部分只是示范性的，可以修改或改变，以便最优地服务于特定的应用。如图1所示，图像数据输入图像处理单元(106)。图像数据定义要由显示系统(100)显示的图像。尽管只图解说明和描述图像处理单元(106)处理一个图像，但是本专业的技术人员应该明白，图像处理单元(106)也可以处理多个图像或一系列图像或动画视频。图像处理单元(106)执行各种功能，包括控制光源(101)的照明和控制空间光调制器(SLM)(103)。下面将更详细地说明图像处理单元(106)。
如图1所示，光源(101)向顺序制彩色装置(102)提供光束。光源(101)可以是，但不限于高压汞灯。顺序制彩色装置(102)使显示系统可以显示彩色图像。顺序制彩色装置(102)可以是一组旋转的棱镜、色轮或者能够提供顺序制彩色的任何其他装置。下面将更详细地说明顺序制彩色和顺序制彩色装置(102)。
顺序制彩色装置(102)发出的光通过某些其他装置(未示出)聚焦在空间光调制器(SLM)(103)上。SLM以与电子或光输入对应的空间图案对入射光进行调制。”SLM”或”调制器”这些术语在这里是可互换地使用的，用来指空间光调制器。调制器(103)可以调制入射光的相位、强度、偏振或方向。于是，图1的SLM(103)根据来自图像处理单元(106)的输入，对顺序制彩色装置(102)输出的光进行调制，来形成携带图像的光束，后者最后由显示光学装置(105)显示在观看面(未示出)上。光学装置(105)可以包括配置成显示或投影图像的任何装置。例如，显示光学装置(105)可以是，但不限于配置成把图像投影并聚焦在观看面上的透镜。观看面可以是，但不限于屏幕、电视、墙壁、液晶显示器(LCD)或计算机监视器。或者，显示光学装置可以包括图像投影于其上的观看面。
SLM(103)可以是，但不限于硅上液晶(LCOS)阵列或微镜面阵列。LCOS和微镜面阵列是先有技术已知的，故在本说明书中将不再详细解释。示范性的，但不是唯一的，LCOS阵列是PhilipsTM的LCOS调制器。示范性的，但不是唯一的，微镜面阵列是可从TexasInstrumentsTMInc(公司)购得的数字光处理(DLP)芯片。
回到图1，在显示光学装置(105)显示图像之前，已调制光可以通过按照一个示范性实施例的”摆动”装置(104)。摆动装置，正如下面将要详细描述的，是一种配置成提高图像分辨率和隐藏像素不精确性的装置。示范性的，但不是唯一的，摆动装置(104)是检流计式反射镜。在可供选择的实施例中，可以将摆动装置(104)结合在SLM(104)或显示系统(100)的其他某些部件中。
图2将用来图解说明利用顺序制彩色产生显示图像的过程。在图2的示例中，顺序制彩色装置(102，图1)使用三原色-红、绿和蓝。如上所述，与调制器(103，图1)结合使用的顺序制彩色装置(102，图1)使显示系统(100，图1)可以全色显示图像。顺序制彩色显示系统利用人眼相对较慢的响应时间来产生全色图像。每一个帧周期划分为至少三个周期。在这些周期中的每一个的过程中，都产生一个原色图像。若以快速的顺序产生原色图像，则人眼将感受到一个单一的全色图像。
图2表示在t0和t3之间的不同时刻调制器的面(113)。如图2所示，在每一个时段在所示调制器面(113)上只有一种颜色的光。例如，在时刻t0和t1之间，顺序制彩色装置(102，图1)使红光(114)显示在调制器面(113)上。例如，调制器面(113)可以是，但不限于，LCOS板或微镜面阵列的表面。因而，在第一时段(t0到t1)过程中，调制器(103，图1)产生红色图像。在时间t1至t2之间，顺序制彩色装置(102，图1)使绿光(115)显示在调制器面(113)。在这个时段过程中，调制器(103，图1)产生绿施图像。最后，在t2和t3之间，顺序制彩色装置(102，图1)使蓝光显示在调制器面(113)上。在这最后的时段过程中，调制器(103，图1)产生蓝色图像。于是，红、绿和蓝色图像依次显示，以便形成所显示的全色图像。可以依次把下一个要显示的图像的各原色显示在调制器面(113)上。
只是为了便于解释，图2示出由顺序制彩色装置(102，图1)使用的三种颜色。在可供选择的实施例中，可以为要显示的图像，依次在调制器面(13)上显示比原色多或少的不同颜色。例如，顺序制彩色装置(102，图1)可以把光源发出的光分成红、绿、蓝、黄和青色。可以改变顺序制彩色显示系统所使用的颜色数目，以便最好地服务于特定的应用。
图3图解说明按照一个示范性实施例的示范性顺序制彩色装置(102)。图3的顺序制彩色装置(102)是可以用来在显示系统中实现顺序制彩色的许多不同的顺序制彩色装置中的一种。图3的示范性顺序制彩色装置(102)是一个绕中心轴旋转的色轮。所述色轮分成红滤光镜区(114)、绿滤光镜区(115)和蓝滤光镜区(116)。每一个滤光镜区通过阻挡不希望有的光波长透射，而只允许它各自的一种颜色的光通过色轮。例如，若白光光束聚焦在红(114)滤光镜区，则只允许红光通过色轮。色轮配置成可以旋转，使得红(114)、绿(115)和蓝(116)光顺序通过而进入调制器(103，图1)。在另一个实施例中，色轮可以以不同的顺序提供这些颜色，或提供不同组的顺序制彩色。
图4图解说明图1的相同的显示系统(100)，只是扩展显示图像处理单元(106)中的示范性功能。在一个实施例中，如图4所示，图像处理单元(106)包括帧速率转换单元(150)和图像帧缓存(153)。如上所述，帧速率转换单元(150)和图像帧缓存(153)接收和缓存图像数据，以便形成与所述图像数据对应的图像帧。另外，图像处理单元(106)还可以包括分辨率调整功能(151)、子帧产生功能(152)和系统定时单元(154)。分辨率调整功能(151)，正如下面将要解释的，调整所述帧的分辨率，以便与显示系统(100)的分辨能力相匹配。子帧产生功能(152)处理图像帧数据，以便定义一个或多个与图像帧对应的图像子帧。子帧，正如下面将要解释的，由显示系统(100)显示，以便产生要显示的图像。系统定时单元(154)，正如下面将要解释的，可以使显示系统(100)不同部件的定时同步。
包括帧速率转换单元(150)、分辨率调整功能(151)、子帧产生功能(152)和/或系统定时单元(154)的图像处理单元(106)包括硬件、软件、固件或其组合。在一个实施例中，图像处理单元(106)的一个或多个部件包括在计算机、计算机服务器或能够完成逻辑操作顺序的基于微处理器的其他系统中。此外，图像处理可以分散在整个显示系统中，图像处理单元(106)的各个部分在单独的系统部件中实现。
按照一个实施例，图像数据可以包括数字图像数据、模拟图像数据或模拟和数字数据的组合。图像处理单元(106)可以配置成接收和处理数字图像数据和/或模拟图像数据。
帧速率转换单元(150)接收与要由显示系统(100)显示的图像对应的图像数据，并在图像帧缓存(153)中缓存或存储所述图像数据。更具体地说，帧速率转换单元(150)接收代表图像各行或场的图像数据，并在图像帧缓存(153)中缓存图像数据，以便建立与要由显示系统(100)显示的图像对应的图像帧。图像帧缓存(153)可以通过接收和存储所有与图像帧图像数据对应的图像数据进行缓存，而帧速率转换单元(150)可以通过依次从图像帧缓存(153)取出或提取所述图像帧所有的图像数据而产生图像帧。这样，图像帧定义成包括代表要由显示系统(100)显示的整个图像的图像数据的多个单独的行或场。于是，图像帧包括代表要由显示系统(100)显示的图像单个像素的多个列或多个行。
帧速率转换单元(150)和图像帧缓存(153)可以以连续(progressive)图像数据或隔行(interlaced)图像数据的形式接收和处理图像数据。对于连续图像数据，帧速率转换单元(150)和图像帧缓存(153)接收和存储所述图像的图像数据的顺序的场。于是，帧速率转换单元(150)通过提取所述图像的图像数据顺序的场建立图像帧。对于隔行图像数据，帧速率转换单元(150)和图像帧缓存(153)接收和缓存所述图像的图像数据的奇数场和偶数场。例如，接收和存储所述图像数据的所有奇数场，然后接收和存储所述图像数据的所有偶数场。这样，帧速率转换单元(150)通过恢复所述图像的图像数据的奇数场和偶数场来对图像数据进行去交错处理并建立图像帧。
图像帧缓存(153)包括用于存储各个图像的一个或多个图像帧的图像数据的存储器。例如，图像帧缓存(153)可以包括诸如硬盘驱动器或其他永久性存储装置等非易失性存储器，或包括诸如随机存取存储器(RAM)等易失性存储器。
通过在帧速率转换单元(150)接收图像数据并在图像帧缓存(153)缓存图像数据，可以使图像数据的定时与显示系统(100)中其余部件(例如，SLM(103)、摆动装置(104)和显示光学装置(105)的定时要求分离。更具体地说，由于图像帧的图像数据是由图像帧缓存(153)接收并存储的，所以，可以以任何输入速率接收图像数据。因此，可以把图像帧的帧速率转换成符合显示系统(100)中其余部件的定时要求。例如，图像处理单元(106)可以以每秒30帧的速率接收图像数据，而SLM(103)可以配置成以每秒60帧的速率工作。在这种情况下，帧速率转换单元(150)把帧速率从每秒30帧转换为每秒60帧。
在一个实施例中，图像处理单元(106)可以包括分辨率调整功能(151)和子帧产生装置(152)。正如下面描述的，分辨率调整功能(151)接收图像帧的图像数据并调整所述图像数据的分辨率。更具体地说，图像处理单元(106)以原来的分辨率接收图像帧的图像数据并处理所述图像数据，使所述图像帧的图像数据的分辨率与所述显示系统(100)的显示分辨率匹配。在一个示范性实施例中，图像处理单元(106)提高、降低图像数据的分辨率，和/或使之保持不变，以便与所述显示系统(100)的显示分辨率匹配。
在一个实施例中，子帧产生装置(152)接收和处理图像帧的图像数据并定义与所述图像帧对应的图像子帧数。若分辨率调整单元(151)调整了所述图像数据的分辨率，则子帧产生装置(151)以调整后的分辨率接收图像数据。每一个图像子帧包括代表与要显示的图像对应的图像数据的子集的数据阵列或矩阵。数据阵列包括定义与相应的图像帧的像素区域相等的像素区域的像素内容的像素数据。因为，正如下面将要解释的，每一个图像子帧被显示在空间上不同的图像子帧位置，所以每一个图像子帧的数据阵列包括略微不同的像素数据。在一个实施例中，与既产生图像帧又产生相应的图像子帧的情况相反，图像处理单元(106)可以只产生与要显示的图像对应的图像子帧。下面将更详细地解释图像子帧。
如上所述，与一个图像帧对应的一组图像子帧中的每一个图像子帧包括与要显示的图像对应的像素数据矩阵或阵列。在一个实施例中，每一个图像子帧都输入到SLM(103)，SLM(103)根据所述子帧调制光束并产生携带所述子帧的光束。携带各个图像子帧的光束最后由显示光学装置(105)显示，建立显示图像。但是，在与一组子帧中每一个图像子帧对应的光被SLM(103)调制之后，而在由显示光学装置(105)显示每一个图像子帧之前，摆动装置(104)在SLM(103)和显示光学装置(104)之间移动光路位置。换句话说，摆动装置移动像素，使得显示光学装置(105)在略微不同于以前显示的图像子帧的位置上显示每一个图像子帧。于是，由于与给定图像对应的图像子帧在空间上彼此偏离，所以每一个图像子帧包括不同的像素和/或像素部分。正如下面将要解释的，摆动装置(104)可以这样移动像素，使得图像子帧彼此偏离一段垂直距离和/或水平距离。
按照一个示范性实施例，在与一个图像对应的一组子帧中每一个图像子帧都被显示光学装置(105)以高速率显示，使得人眼无法感觉出图像子帧之间的快速依次出现。反之，图像子帧的快速依次出现看起来就像是单一个显示的图像。正如下面将要解释的，通过在空间上不同的位置依次显示图像子帧，最后显示的图像的表观分辨率得以提高。
图5-8将用来图解说明示范性摆动装置对图像子帧的示范性空间位移。然后将会表明顺序制彩色可以与图像子帧的空间位移结合产生所显示的彩色图像。
图5A-C图解说明一个示范性实施例，其中为特定的图像产生若干个图像子帧。正如在图5A-C所图解说明的，示范性图像处理单元(106)为特定的图像产生两个图像子帧。更具体地说，图像处理单元(106)为所述图像帧产生第一子帧(160)和第二子帧(161)。尽管在所述示例和随后的示例中图像子帧是由图像处理单元(106)产生的，但应该明白，图像子帧可以由子帧产生功能(152)产生，或通过显示系统(100)的不同部件产生。第一子帧(160)和第二子帧(161)中的每一个都包括相应的图像子帧的图像数据子集的数据阵列。尽管示范性图像处理单元(106)在图5A-C的示例中产生两个图像子帧，应该明白，两个图像子帧只是由图像处理单元(106)可以产生的图像子帧的示范性数目而已，在其他实施例中，可以产生任何数目的图像子帧。
正如图5B图解说明的，第一图像子帧(160)显示在第一图像子帧位置(185)。第二图像子帧(161)显示在从第一图像子帧位置(185)偏移一段垂直距离(163)和一段水平距离(164)的第二图像子帧位置(186)上。这样，第二子帧在空间上从第一子帧(160)偏移一段预定距离。在一个示范性实施例中，如图5C所示，垂直距离(163)和水平距离(164)各约为一个像素的一半。但是，第一图像子帧位置(185)和第二图像子帧位置(186)之间的空间偏移距离可以改变，以便最好地服务于特定的应用。在可供选择的实施例中，第一子帧(160)和第二子帧(161)之间可以只偏移一段垂直距离或在可供选择的实施例中只偏移一段水平距离。在一个实施例中，摆动装置(104，图4)配置成使光束在SLM(103，图4)和显示光学装置(105，图4)之间偏移，使得第一和第二子帧(160，161，图5)在空间上彼此偏移。
正如图5C中图解说明的，显示系统(100，图4)交替地在第一图像子帧位置(185)上显示第一子帧(160)和在从第一图像子帧位置(185)空间偏移的第二图像子帧位置(186)上显示第二子帧(161)。更具体地说，摆动装置(104，图4)使第二子帧(161)的显示相对于第一子帧(160)的显示偏移一段垂直距离(163)和一段水平距离(164)。这样，第一子帧(160)的像素与第二子帧(161)的像素重叠。在一个实施例中，显示系统(100，图4)完成一个在第一图像子帧位置(185)上显示第一子帧(160)和在第二图像子帧位置(186)上显示第二子帧(161)的周期，结果以提高了的表观分辨率显示图像。于是，相对于第一子帧(160)，第二子帧(161)在空间上和时间上发生偏移。但是，在观看者看来，这两个子帧合起来是一个增强的单一图像。
图6A-B图解说明一个示范性实施例，完成一个显示来自第一图像子帧位置(185)的像素(170)和显示来自第二图像子帧位置(186)的像素(171)的周期。图6A图解说明在第一图像子帧位置(185)显示来自第一子帧(160)的像素(170)。图6B图解说明在第二图像子帧位置(186)显示来自第二子帧(161)的像素(171)。在图6B中，第一图像子帧位置(185)用虚线图解说明。
因此，正如在图5A-C和图6A-B图解说明的，通过产生第一和第二子帧(160，161)和以空间偏移的方法显示这两个子帧，与不利用子帧来建立最后显示图像所用的像素数据量相比，所利用像素数据量加大一倍。因而，采用双位置处理，最终显示图像的分辨率提高了约1.4或2的平方根倍。
在另一个实施例中，正如图7A-D图解说明的，图像处理单元(106)为一个图像帧定义4个图像子帧。更具体地说，图像处理单元(106)为所述图像帧定义第一子帧(160)、第二子帧(161)、第三子帧(180)和第四子帧(181)。这样，第一子帧(160)、第二子帧(161)、第三子帧(180)和第四子帧(181)各包括相应的图像子帧的图像数据子集的数据阵列。
在一个实施例中，正如图7B-D图解说明的，第一图像子帧(160)显示在第一图像子帧位置(185)。第二图像子帧(161)显示在偏离第一子帧位置(185)一段垂直距离(163)和一段水平距离(164)的第二图像子帧位置(186)上。第三图像子帧(180)显示在偏离第一子帧位置(185)一段水平距离(182)的第三图像子帧位置(187)上。所述水平距离(182)可以是例如与水平距离(164)相同的距离。第四图像子帧(181)显示在偏离第一子帧位置(185)一段垂直距离(183)的第四图像子帧位置(187)上。所述垂直距离(183)可以是例如与垂直距离(163)相同的距离。这样，第二子帧(161)、第三子帧(180)和第四子帧(181)各自在空间上彼此偏移，并各从第一子帧(160)偏移一段预定的距离。在可供选择的实施例中，垂直距离(163)、水平距离(164)、水平距离(182)和垂直距离(183)各约为一个像素的一半。但是，4个子帧之间的空间偏移距离可以改变，以便最佳地服务于特定的应用。在一个实施例中，摆动装置(104，图4)配置成能使光束可以在SLM(103，图4)和显示光学装置(105，图4)之间偏移，使得第一、第二、第三和第四子帧(160，161，180，181，图5)在空间上彼此偏移。
在一个实施例中，显示系统(100，图4)完成如下的一个周期在第一图像子帧位置(185)上显示第一子帧(160)，在第二图像子帧位置(186)上显示第二子帧(161)，在第三图像子帧位置(187)上显示第三子帧(180)，并在第四图像子帧位置(188)上显示第四子帧(181)，结果，所显示的图像具有提高了的表观分辨率。于是，第二子帧(161)、第三子帧(180)和第四子帧(181)在空间和时间上彼此偏移，并相对于第一子帧(160)偏移。
图8A-D图解说明完成如下一个周期的示范性实施例在第一图像子帧位置(185)上显示来自第一子帧(160)的像素(170)，在第二图像子帧位置(186)上显示来自第二子帧(161)的像素(171)，在第三图像子帧位置(187)上显示来自第三子帧(180)的像素(190)，并在第四图像子帧位置(188)上显示来自第四子帧(181)的像素(191)。图8A图解说明在第一图像子帧位置(185)上的来自第一子帧(160)的像素(170)的显示。图8B图解说明在第二图像子帧位置(186)上的来自第二子帧(161)的像素(171)的显示(第一位置用虚线示出)。图8C图解说明在第三图像子帧位置(187)上的来自第三子帧(180)的像素(190)的显示(第一位置和第二位置用虚线示出)。图8D图解说明在第四图像子帧位置(188)上的来自第四子帧(181)的像素(191)的显示(第一位置、第二位置和第三位置用虚线示出)。
于是，通过产生四个图像子帧，并以图解说明于图7A-D和图8A-D的空间偏移的方式显示四个子帧，与不利用图像子帧建立最终显示图像的像素数据量相比，用于建立最终显示图像的像素数据量为其四倍。相应地，采用四位置处理，最终显示图像的分辨率提高了2或4的平方根倍。
这样，如图5-8中的示例所示，通过为一个图像帧产生若干个图像子帧，并在空间和时间上彼此偏移地显示这些图像子帧，显示系统(100，图4)可以产生这样的显示图像该显示图像的分辨率高于SLM(103，图4)所配置显示的分辨率。在一个示范性实施例中，例如，利用分辨率为800像素乘以600像素的图像数据和分辨率为800像素乘以600像素的SLM(103，图4)，具有图像数据分辨率调整的显示系统(100，图5)进行的四位置处理产生分辨率为1600像素乘以1200像素的显示图像。
另外，通过重叠图像子帧的像素，显示系统(100，图4)可以减少有缺陷的像素造成的不希望有的视觉效果。例如，若由图像处理单元(106，图1)产生四个子帧，并在彼此偏移的位置上进行显示，则由于要与每个子帧中有缺陷的像素相关地显示图像的不同部位，所以四个子帧有效地分散有缺陷的像素造成的不希望有的影响。有缺陷的像素定义为包括诸如只能处于”接通”或”关断”位置的像素、产生的亮度比要求低或高的像素和/或操作不稳定或随机操作的像素等异常的和不能工作的显示像素。
如上所述，顺序制彩色装置可以与摆动装置结合使用，以便产生提高了分辨率的彩色图像。为了便于顺序制彩色处理，图像处理单元(106，图4)为每种颜色产生要在每个图像子帧位置上显示的图像子帧。例如，如图9所示，若顺序制彩色装置(102，图4)配置成可以顺序施加原色到图像子帧，再提供给调制器(103，图4)，并且若摆动装置(104，图4)配置成可以交替地在不同空间位置上显示图像子帧，则图像处理单元(106，图4)为第一图像子帧位置(185)产生三个图像子帧，为第二图像子帧位置(186)产生三个图像子帧。在一个实施例中，顺序制彩色装置(102，图4)和摆动装置(104，图4)这样配置，使得红(114)图像子帧、绿(115)图像子帧和蓝(116)图像子帧各显示在第一图像子帧位置(185)和第二图像子帧位置(186)。
在一个实施例中，如图9所示，摆动装置(104，图4)在每当颜色改变之间移动图像子帧的显示位置。例如，图9表示要在交替的空间位置上显示的6个图像子帧的顺序。首先，红图像子帧(114a)在时刻t0和t1之间显示在第一图像子帧位置(185)上。然后摆动装置(104，图4)移动携带图像子帧的光束位置，使得下一个图像子帧，绿图像子帧(115a)，在时刻t1和t2之间显示在第二图像子帧位置(186)上。然后摆动装置(104，图4)移动携带图像子帧的光束位置，使得下一个图像子帧，蓝图像子帧(116a)，在时刻t2和t3之间显示在第一图像子帧位置(185)上。对其余要显示的图像子帧重复图像子帧位置的这个交替过程。于是，第二红图像子帧(114b)在时刻t3和t4之间显示在第二图像子帧位置(186)上，第二绿图像子帧(115b)在时刻t4和t5之间显示在第一图像子帧位置(185)上，而第二蓝图像子帧(116b)在时刻t5和t6之间显示在第二图像子帧位置(186)上。原色显示的顺序可以改变，以便最佳地服务于特定的应用。例如，可以首先显示蓝，而不是红。另外，红、绿和蓝是可以顺序地显示的示范性颜色。应该明白，可以顺序地显示任何颜色组合。
尽管图9表示图像子帧在第一和第二图像子帧位置(185，186)之间沿对角线移动，但是，图像子帧也可以沿着水平线或垂直线移动。图10图解说明一个示范性实施例，其中摆动装置在两个图像子帧位置之间垂直移动图像子帧的位置。图11图解说明一个示范性实施例，其中摆动装置在两个图像子帧位置之间水平移动图像子帧的位置。
图9-11中图解说明的图像子帧在两个图像子帧位置之间的移动仅仅是示例而已，图像子帧的移动并不限于两个图像子帧位置。可以在任何若干个图像子帧位置中移动和显示图像子帧。一般说来，若”n”代表图像子帧位置的数目，而”m”代表顺序制彩色装置(102，图4)产生的颜色的数目，则图像处理单元(106，图4)产生与要显示的图像对应的n*m个图像子帧，其中n*m是n乘以m。n*m个图像子帧被顺序地显示并均匀地分布在n个子帧位置之间。于是，将在n个图像子帧位置中的每一个显示m个子帧。
例如，若如图12所示，有4个图像子帧位置(亦即，n＝4)，并且若顺序制彩色装置(102，图4)产生3种原色(亦即，m＝3)，则图像处理单元(106，图4)产生与要显示的图像对应的12个图像子帧。在一个实施例中，摆动装置(104，图4)在每一次颜色改变之间移动12个图像子帧的显示位置，使得每个彩色图像子帧都显示在4个图像子帧位置中的一个上。图像子帧的准确顺序和定位将可以改变，以便最佳地服务于特定的应用。
图12图解说明一个示范性实施例，其中摆动装置(104，图4)在4个图像子帧位置之间移动图像子帧的位置。首先，红(114a)图像子帧在时刻t0和t1之间显示在第一图像子帧位置(185)。摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得下一个图像子帧，绿(115a)图像子帧，在时刻t1和t2之间显示在第二图像子帧位置(186)。然后摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得下一个图像子帧，蓝(116a)图像子帧，在时刻t2和t3之间显示在第三图像子帧位置(187)。摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得下一个图像子帧，第二红(114b)图像子帧，在时刻t3和t4之间显示在第四图像子帧位置(188)。对其余要显示的(未示出)图像子帧重复这个图像子帧位置的交替过程。于是，第二绿图像子帧显示在第一图像子帧位置(185)，第二蓝图像子帧显示在第二图像子帧位置(186)，第三红图像子帧显示在第三图像子帧位置(187)，第三绿图像子帧显示在第四图像子帧位置(188)，第三蓝图像子帧显示在第一图像子帧位置(185)，第四红图像子帧显示在第二图像子帧位置(186)，第四绿图像子帧显示在第三图像子帧位置(187)，以及第四蓝图像子帧显示在第四图像子帧位置(188)。可以改变显示各种原色的顺序以便最佳地服务于特定的应用。例如，可以首先显示蓝，而不是红。另外，红、绿和蓝只是可以顺序地显示的示范性颜色而已。应该明白，可以顺序地显示任何颜色组合。
如上所述，图12中摆动装置(104，图4)产生的显示图像子帧的模式只是示例而已。本专业的技术人员应该明白，摆动装置(104，图4)可以使用若干种可能的模式来使图像子帧显示于不同的空间位置。例如，在许多可供选择的实施例的一个中，第一图像子帧可以显示在第一图像子帧位置(185)，第二图像子帧可以显示在第二图像子帧位置(186)，第三图像子帧可以显示在第一图像子帧位置(185)，第四图像子帧可以显示在第二图像子帧位置(186)，第五图像子帧可以显示在第一图像子帧位置(185)，第六图像子帧可以显示在第二图像子帧位置(186)，第七图像子帧可以显示在第三图像子帧位置(187)，第八图像子帧可以显示在第四图像子帧位置(188)，第九图像子帧可以显示在第三图像子帧位置(187)，第十图像子帧可以显示在第四图像子帧位置(188)，第十一图像子帧可以显示在第三图像子帧位置(187)，而第十二图像子帧可以显示在第四图像子帧位置(188)。
图13图解说明一个示范性的可供选择的实施例，其中摆动装置(104，图4)在四个图像子帧位置之间移动图像子帧的显示位置。图13表明，摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得各原色中的两种原色显示在同一图像子帧位置上，然后第三原色显示在一个不同的图像子帧位置上。把各原色中的两种原色显示在特定图像子帧位置上，然后把第三原色显示在新的图像子帧位置上，这在许多示范性显示系统中是有利的。图13表明，红和蓝图像子帧在时刻t0和t1之间显示在第一图像子帧位置(185)上。然后，摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得下一个图像子帧，就是绿图像子帧在时刻t1和t2之间显示在第三图像子帧位置(187)上。然后，摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得下两个图像子帧，就是红和蓝图像子帧在时刻t3和t5之间显示在第二图像子帧位置(186)上。然后，摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得下一个图像子帧，就是绿图像子帧在时刻t5和t6之间显示在第四图像子帧位置(188)上。图13图解说明按照示范性实施例，在时刻t6和t12之间其余的图像子帧的位置内容。
图14示出另一个示范性实施例，其中摆动装置((104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使得各原色中的两种原色显示在相同的图像子帧位置，然后，把第三原色显示在不同的图像子帧位置上。本专业的技术人员会明白，图13和图14是彩色图像子帧许多可能的显示顺序中的一个示例。
图15图解说明一个示范性实施例，其中n＝2和m＝4。换句话说，由顺序制彩色装置(102，图4)产生两个图像子帧位置和4种颜色。因此，图像处理单元(106，图4)产生8个图像子帧，并且所述8个图像子帧被顺序地显示。在图15的示范性顺序中4种颜色是红、绿、蓝和白。
如图15所示，红图像子帧(114a)首先在时刻t0和t1之间显示在第一图像子帧位置(185)上。然后，摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使下一个图像子帧，就是绿图像子帧(115a)在时刻t1和t2之间显示在第二图像子帧位置(186)上。然后，摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使下一个图像子帧，就是蓝图像子帧(116a)在时刻t2和t3之间显示在第一图像子帧位置(185)上。然后，摆动装置(104，图4)移动携带所述图像子帧的光束的位置，使下一个图像子帧，就是白图像子帧在时刻t3和t4之间显示在第二图像子帧位置(186)上。因为显示偶数颜色，在时刻t4摆动装置(104，图4)不移动携带所述图像子帧的光束的位置，因此第二红图像子帧(114b)在时刻t4和t5之间显示在第二图像子帧位置(186)上。然后继续所述交替过程，而第二绿图像子帧(115b)在时刻t5和t6之间显示在第一图像子帧位置(185)上，第二蓝图像子帧(116b)在时刻t6和t7之间显示在第二图像子帧位置(186)上，第二白图像子帧(119b)在时刻t7和t8之间显示在第二图像子帧位置(186)上。
在每一种颜色改变之间移动图像子帧的显示位置使摆动装置(104，图4)可以以比若该摆动装置(104，图4)在m种颜色中的每一种显示在特定的图像子帧位置之后移动图像子帧的位置快m倍的速度移动要显示的图像中像素的位置。例如，在联系图9和图12解释的示例中，摆动装置(104，图4)移动像素的位置比摆动装置(104，图4)在所有三种原色都显示在每一个图像子帧位置之后移动图像子帧的显示位置快3倍。这些像素移动的高速率在许多应用中是有利的，因为像素移动的高速率比较低的速率相比，人眼较不易察觉。
回到图4，在一个实施例中，图像处理单元(106)包括系统定时单元(154)。在可供选择的实施例中，系统定时单元(154)是显示系统(100)的独立部件，而不结合在图像处理单元(108)中。但是，为了便于解释，将描述图4的示范性显示系统(100)，所述显示系统(100)具有结合于图像处理单元(106)中的系统定时单元(154)。系统定时单元(154)，例如，与帧速率转换单元(150)、分辨率调整功能(151)、图像处理单元(106)、顺序制彩色装置(102)、SLM(103)和摆动装置(104)通信。在一个示范性实施例中，系统定时单元(154)使以下的各种操作同步用于建立图像帧的图像数据的缓存和转换；处理图像帧以便把图像数据的分辨率调整到显示系统(100)的分辨率；子帧的产生；对图像子帧的调制；以及图像子帧的显示和定位。相应地，系统定时单元(154)控制显示系统(100)的定时，以便显示光学装置(106)以正确地显示最后显示图像的方式在时间上和空间上将整组图像子帧显示在不同的位置上。
提供以上的描述，只是为了图解说明和描述本发明的实施例。不打算穷举或把本发明限制为任何公开的精确形式。在上述传授的情况下，许多修改和改变都是可能的。本发明的范围拟由后附的权利要求书限定。
权利要求
1.一种用于显示图像的显示系统，它包括调制器(103)，它配置成产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，其中每个彩色图像子帧对应于多种颜色中的一种颜色；显示光学装置(105)，它配置成这样显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及摆动装置(104)，它配置成在每一个所述彩色图像子帧的显示之间显示所述光束，以便把对应于所述多种彩色中的每一种彩色的彩色图像子帧显示在若干个图像子帧位置中的每一个位置上。
2.如权利要求1所述的系统，其中还包括图像处理单元(106)，它配置成处理定义所述图像的图像数据并且产生所述图像子帧；以及顺序制彩色装置(102)，它配置成把彩色光束照射在所述调制器(103)d的面(113)上，所述彩色光束具有所述多种颜色顺序地循环的一种颜色；其中所述调制器(103)配置成按照所述彩色图像子帧的数目调制所述彩色光束，以便产生携带所述多个彩色图像子帧的所述光束。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述多个彩色图像子帧包括其数目等于所述图像子帧位置数目乘以所述多种颜色的颜色数目的多个彩色图像子帧。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述调制器(103)包括硅上液晶(LCOS)阵列。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述调制器(103)包括微镜面阵列。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述摆动装置(104)包括检流计式反射镜。
7.一种用于显示图像的显示系统(100)，它包括调制器(103)，它配置成产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，所述多个彩色图像子帧分成若干组不同颜色的第一、第二和第三彩色图像子帧；显示光学装置(105)，它配置成显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及摆动装置(104)，它配置成这样移动所述光束，使得所述多个组中每一组的所述第一和第二图像子帧显示在多个图像子帧位置中的一个，而所述多个组中每一组的所述第三图像子帧显示在所述多个图像子帧位置中的另一个。
8.一种显示图像的方法，所述方法包括利用调制器(103)产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，其中每一个彩色图像子帧唯一地对应于多种颜色中的一种颜色；显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及在所述彩色图像子帧中每一个的显示之间移动所述光束，以便把对应于所述多种颜色中的每一种颜色的彩色图像子帧显示在若干个图像子帧位置中的每一个位置。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述多个彩色图像子帧包括其数目等于图像子帧位置的所述数目乘以所述多种颜色的颜色数目的多个彩色图像子帧。
10.一种显示图像的方法，所述方法包括产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，所述多个彩色图像子帧分成不同颜色的第一、第二、第三彩色图像子帧的若干组；显示所述光束，以便顺序地显示所述多个彩色图像子帧，以形成所述图像；以及这样移动所述光束，使得所述多个组中每一个组的第一和第二图像子帧显示在若干个图像子帧位置中的一个，而所述多个组中每一个组的第三图像子帧显示在所述若干图像子帧位置中的另一个。
全文摘要
用于显示图像的显示系统包括调制器，它配置成产生顺序地携带多个彩色图像子帧的光束，其中每一个彩色图像子帧对应于多种颜色中的一种颜色；显示光学装置，它配置成显示所述光束，以便顺序地显示多个彩色图像子帧来形成图像；以及摆动装置，它配置成在所述各彩色图像子帧中每一个的显示之间移动所述光束，使得对应于多种彩色中的每一种彩色的彩色图像子帧显示在若干个图像子帧位置中的每一个位置。
文档编号G09G3/34GK1645469SQ200510005670
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月19日 优先权日2004年1月20日
发明者D·C·科林斯, R·E·小奥夫兰克 申请人:惠普开发有限公司