JP3802089B2 - Color phase control for projection display devices using spatial light modulators - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、画像表示装置に関する。さらに詳細にいえば、本発明は、空間光変調器と、白色光源と、カラー・ホイールとを用いた投射表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】
投射表示装置の応用の分野において、空間光変調器（ＳＬＭ）がますます用いられてきている。ＤＭＤは、マイクロ機械的ミラー素子のアレイを有するＳＬＭの１つの形式であり、これらのマイクロ機械的ミラー素子のおのおのは、電子データにより、個別にアドレスで呼び出すことができる。そのアドレス指定信号の状態に応じて、これらのミラー素子のおのおのはその向きを変え、画像面に、光を反射する、または、反射しない、のいずれかであるように動作する。
【０００３】
ＳＬＭに基づく表示装置への応用の場合、入ってくるビデオ信号は、ＳＬＭにより利用可能であるように、２進データに変換されなければならない。アナログ形式からディジタル形式に変換される結果、データはまず、画素毎に、そして、行毎に、そして、フレーム毎に、配列される。もしデータがインタレースされているならば、データはまた、フィールドからフレームへ走査変換することが必要である。例えば、ＤＭＤは、ミラー素子当たり一度に１ビットを表示する。換言すれば、１つの任意の時刻にＤＭＤにより反射された画像は、同じ２進加重を有する１組のビットを表す。したがって、ＳＬＭに送られる前に、データは「ビット面」にリフォマットされなければならない。ｎビット分解能を有する画素の場合、画像フレーム当たりｎ個のビット面が存在する。
【０００４】
名称「ＤＭＤ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｉｍｉｎｇ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ ａ Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ」の米国特許シリアル番号第０７／６７８，７６１号は、ＤＭＤに基づく１つの形式の投射表示装置を開示している。この米国特許はまた、ビデオ・データをこのような装置に用いるためのフォマットの方法と、変動する強度を得るためにビット面を変調する方法と、を開示している。
【０００５】
カラー画像は、異なるカラーを表すビット面から作成される。１つの例として、ビデオ・データは、画素当たり、２４ビットのデータを有することができる。カラーは赤と、緑と、青であると仮定して、これらの２４ビットの中、８ビットは赤に対するデータであり、そして、８ビットは緑に対するデータであり、そして、８ビットは青に対するデータである。１つの完全なフレームは、２４ビット面画像で構成されるであろう。
【０００６】
カラー画像を得るための１つの技術は、白色光源と、ＳＬＭの正面にカラー・フィルタとを用いる技術である。このような方式で設計された１つの場合として、白色光がＳＬＭを照射し、そして、ＳＬＭと画像面との間にカラー・フィルタが配置される。したがって、ＳＬＭから反射された画像は、そのカラーでフィルタ作用を受ける。このような方式の設計のまた別の場合は、カラー・フィルタは、白色光源とＳＬＭとの間に配置される。
【０００７】
カラー・フィルタ方式の１つの通常の方法は、赤部分と青部分と緑部分とを有する、電動機で駆動される「カラー・ホイール」を用いて、光に対し一時的フィルタ作用を行う方法である。最終の画像のカラーは、それぞれのカラーに対するビット面データに応じて変わる。名称「Ｗｈｉｔｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ」の米国特許シリアル番号第０７／８０９，８１６号は、ＤＭＤに基づく投射表示装置に対しカラー・ホイールを利用することを開示している。
【０００８】
カラー・ホイールを使用する場合には、カラー・ホイールの回転速度および位相と、および、ＳＬＭから反射される画像データのタイミングとは、同期されなければならない。換言すれば、データが、正しい時刻に正しいカラー・フィルタを通って送られるように、カラー・ホイールが回転しなければならない。
【０００９】
カラー・ホイールを正しく同期させる際に生ずる困難の１つは、１つのビデオ信号から他のビデオ信号に変更される時、通常、カラーの位相が変化することである。この時、たとえ新しいデータが古いデータと周波数が同じであっても、位相は変わるであろう。例えば、テレビジョン装置の場合、テレビジョンを見ている人がチヤンネルを切り替える時、古いチヤンネルの処理された赤データが利用可能である時刻に、新しいチヤンネルの処理された青データがＳＬＭに対して利用可能になるということが起こることがある。その結果、もしデータとカラー・ホイールとが同期していないならば、カラー・ホイールの赤部分がＳＬＭの正面にある時に、青データがＳＬＭに供給されるであろう。
【００１０】
データとカラー・ホイールとを再同期させるための従来の１つの技術は、高トルク電動機でカラー・ホイールを駆動することである。この高トルク電動機は、カラー・ホイールを急速に加速または減速することができ、それにより、その位相を調整する。けれども、これらの高トルク電動機は高価である。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、処理されたビデオ・データから画像を表示するために、異なるカラーのフィルタを有しかつ電動機で駆動されるカラー・ホイールと、ＳＬＭと、を使用した、表示装置のためのメモリである。このメモリは、ＳＬＭにすぐに供給できる方式で、処理されたデータを記憶する。このメモリは、選定された部分からのデータを与えられた時刻にメモリから読み出すことができるように、ＤＭＤにより表示されるべきそれぞれのカラーを表すデータを記憶し、かつ、別々にアドレスで呼び出すことが可能な、部分を有する。ポインタ制御装置は、読み出しポインタを発生する。この読み出しポインタは、データが読み出されるべきメモリ内のアドレスを表す。ポインタ制御装置は、最も新しく読み出されるべきメモリ部分と、読み出しのタイミングとを決定する。この読み出しのタイミングは、ＳＬＭの中のビデオ・データに対する前記カラー・ホイールの位相を指示するカラー・ホイール電動機からのフィードバック信号に応じて、決定される。
【００１２】
このメモリの１つの技術上の利点は、カラー・ホイールと表示装置が同期していることである。カラー・ホイールと、ＳＬＭが利用できるデータと、の間の位相差は、読み出しポインタを制御することにより、解決することができる。カラー・ホイール電動機は、カラー・ホイールを、単位時間当たり一定の速さの回転数で駆動することだけが要求される。位相差を解消するために、電動機の回転数を速める、または、遅くする、必要はない。したがって、非常に廉価な電動機を使用することができる。また、同期を達成するための過渡的時間は、最小限で済む。テレビジョンへの応用の場合、チヤンネル変更の後、ＳＬＭが利用できるデータは、カラー・ホイールの位置に対し高速で再び同期される。テレビジョンの場合、他への応用の場合にもそうであるが、高速再同期により、画像の中の好ましくない擬像が少なくなる。
【００１３】
本発明のまた別の特徴は、ビデオ信号からサンプリングされ処理されたデータからカラー画像のフレームを表示するために、電動機で駆動されるカラー・ホイールを使用した、表示装置のためのカラー・ホイール電動機制御装置である。位相がロックされた発振器が、ビデオ信号の水平同期信号を受取り、そして、前記水平同期信号の予め定められた乗数倍に等しい周波数を有するパルス信号を発生する。第１のｎ分割カウンタが、位相がロックされた発振器から、このパルス信号を受取り、そして、交代する信号の周波数を各フレームの中のラインの数で除算し、それにより、フレーム・パルス信号を発生する。このフレーム・パルス信号は、フレームの長さの予め定められた乗数倍に等しい。第２のｎ分割カウンタが、このフレーム・パルス信号を受取り、そして、この信号を予め定められた除数で除算し、それにより、フレームの長さに等しい周期を有する方形波を発生する。この信号を用いて、同期交流カラー・ホイール電動機を駆動することができる。
【００１４】
同期カラー・ホイール電動機を駆動するのに水平同期信号を用いることにより、例えば、テレビジョンに応用された場合のチヤンネルを変える時のような位相変化が起きた時、その駆動信号が中断する時間間隔が限定される。これは、水平同期パルスの間での中断が垂直同期パルスの間での中断よりも非常に小さいからであり、そして、位相がロックされた発振器／分割器は、水平再同期の間、電動機駆動波形を保持するからである。また、カラー・ホイールの位相を増分的に調整することが可能であり、それにより、メモリ・スペースを最大限に利用する、種々のメモリ管理技術が可能になる。
【００１５】
【実施例】
名称「ＤＭＤ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｓｎｄ Ｔｉｍｉｎｇ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ ａ Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ」の米国特許シリアル番号第０７／６７８，７６１号は、ＤＭＤに基づく１つの形式の投射表示装置を開示している。しかし、この投射表示装置には本発明の特徴は取り入れられていない。この特許の内容は、本発明の中に取り込まれている。この特許はまた、ビデオ・データをこのような装置と共に用いるためのフォーマットの方法と、グレイ・スケールの画像を得るためにビット面を変調する方法と、を開示している。逐次のカラー画像を得るために、ＤＭＤに基づく投影表示装置をカラー・ホイールと共に用いる通常の方法は、名称「Ｗｈｉｔｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｅ１ｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ」の米国特許シリアル番号第０７／８０９，８１６号に開示されている。この特許の内容は、本発明の中に取り込まれている。
【００１６】
図１は、ＳＬＭに基づく投射表示装置１０のブロック線図である。投射表示装置１０は、ビデオ信号からサンプリングされた画素データにより、カラー画像を得ることができる。このビデオ信号は、それから画素データをサンプリングすることができる、任意の信号であることができる。例えば、このビデオ信号はテレビジョン放送信号であることができる。このビデオ信号はサンプリングすることができ、そして、それをＲＧＢデータに変換することができる。ビデオ信号はまた、コンピュータのような信号源からのＲＧＢ信号であることができる、または、ディジタル信号であることができる。少なくとも、種々の種類のビデオ信号の共通の特徴は、垂直同期信号および水平同期信号と、それからディジタル・カラー・データをサンプリングすることができる成分と、を有することである。以下での説明のために、アナログ信号を仮定することにする。
【００１７】
装置１０の１つの全体像として、信号インタフェース装置１１は、ビデオ信号を受取り、そして、アナログ信号を発生し、そして、同期信号を信号処理装置１２に送る。インタフェース装置１１からのビデオ信号は、インタレース信号または非インタレース信号のいずれかであることができ、および、ＲＧＢデータまたはルミネナンス／クロミナンス・データのいずれかを表すことができる。
【００１８】
信号処理装置１２は、アナログ・ビデオ信号をディジタル・ビデオ信号に変換する。また、ピクチャ・イン・ピクチャ、および、オン・スクリーン表示、のような特性を付加することができる。通常、信号処理装置１２は、表示のためにデータの条件を整え、そして、装置１０に対し中心タイミングを供給する。もしデータがインタレースされるならば、信号処理装置１２によりまた、フィールドからフレームへの走査変換が得られる。
【００１９】
表示用電子装置１３は、データ・フォーマッタ１３ａの中のディジタル・ビデオ・データをリフォーマットする。データ・フォーマッタ１３ａは、逐次のカラー画像の実行のために、データのビット面をフォーマットする。適切であるデータ・フォーマッタ１３ａの細部は、名称「Ｄａｔａ Ｆｏｒｍａｔｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ ａｎｄ Ｓｐａｔｉａｌ Ｒｅｏｒｄｅｒｉｎｇ」の米国特許シリアル番号第０７／７５５，９８１号に開示されている。この特許の内容は、本発明の中に取り込まれている。フレーム・メモリ１３ｂは、画像データのフレームを記憶し、そして、それをＳＬＭ１３ｃに送る。フレーム・メモリ１３ｂは、本発明に従って管理を行う。ＳＬＭ１３ｃは、任意の形式のＳＬＭであることができる。本明細書ではＤＭＤの形式のＳＬＭで説明されているが、装置の中を他の任意の形式のＳＬＭで置き換えることができ、そして、このような装置を本発明の方法で利用することができる。適切であるＤＭＤ１３ｃの細部は、ホーンベック名の名称「Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」の米国特許第４，９５６，６１９号に開示されている。この特許の内容は、本発明の中に取り込まれている。
【００２０】
表示用光学装置１４は、ＳＬＭ１３ｃから画像を受取り、そして、表示スクリーン１７のような画像面に表示画像を送る。カラー・ホイール１４ａは、ビット面のおのおのが対応するカラー・フィルタを通して送られるように、回転する。本明細書の説明に合わせて、カラー・ホイール１４ａは、赤データと、緑データと、青データとに対応するが、しかし、他のカラーを用いることもできる。
【００２１】
制御装置１５は、種々の装置の制御機能を行う。制御装置１５は、図２〜図４に関連して下記で説明されるように、ＳＬＭ１３ｃが利用し得るデータのタイミングをカラー・ホイール１４ａの位置と同期させるための、ポインタ制御装置１５ａを有する。制御装置１５はまた、図６〜図７に関連して下記で説明されるように、電動機１６ａに駆動信号ＤＳを供給するための電動機制御装置１５ｂを有する。ポインタ制御装置１５ａと電動機制御装置１５ｂの設計および動作は、独立であることができる。投射表示装置１０は、これらのいずれかで、または、両方で、実施することができる。
【００２２】
機械装置１６により、種々の機械装置機能が得られる。機械装置１６は、カラー・ホイール１４ａを駆動するための電動機１６ａを有する。
【００２３】
図２は、ポインタ制御装置１５ａの図面である。図２はまた、フレーム・メモリ１３ｂと、ＳＬＭ１３ｃと、カラー・ホイール１４ａと、カラー・ホイール電動機１６ａと、ポインタ制御装置１５ａとの関係を示す。
【００２４】
図２の設計の基本的な考えは、カラー位相の変化は、カラー・ホイール１４ｂの位相を変えることによる代わりに、データがメモリ１３ｂからどのように読み出されるかを制御することにより、再び同期されることである。前記の従来の技術の項で説明したように、これらの位相変化は、テレビジョン・チヤンネルを変える結果起こるような、種々の理由で起こる。
【００２５】
フレーム・メモリ１３ｂは、それぞれのカラーに対して１個ずつの３個の部分を有する。２４ビット画素データの例を取り上げた本明細書の説明の都合上、「表示レデイ」フォーマットにおいて、フレーム・メモリ１３ｂは、画像フレームのおのおのに対し、２４個のビット面を供給する。ここで、カラーのおのおのに対し、８個のビット面を有する。換言すれば、フレーム・メモリ１３ｂから読み出されたデータは、すべてのカラー変換と、走査変換と、他の処理が行われるように、フォーマットされる。出力では、ＳＬＭ１３ｃによる表示に対し、ビット面のおのおのがレデイである。この実施例では、すべて１／６０秒である１つのフレームの期間中、これらの２４個のビット面がＳＬＭ１３ｃにより表示され、そして、１個の「画像フレーム」が構成される。フレーム・メモリ１３ｂの構成に応じて、ＤＭＤ表示レデイ・ビット面へのフォーマッテングは、入力の前に、または、入力で、または、出力で、のいずれかで生ずることができる。データのビット面へのフォーマッテング、および、ＳＬＭ表示のためのデータのフレーム・メモリへの書き込みおよび読み出しは、前記米国特許および出願中米国特許に開示されている。
【００２６】
同じ２進加重を有する各ビットのビット面データに割り当てられたフレーム・メモリ１３ｂの部分は、メモリ１３ｂの「面」と呼ばれる。メモリ１３ｂは、通常、先入れ先出しバッファとして動作する。すなわち、ビット面が書き込まれたのと同じ順序で、それらのメモリ面からＳＬＭ１３ｃに読み出される。図３に関連して下記で説明されるように、メモリ面のおのおのは、実際には、書き込みバッファおよび読み出しバッファである。これらは、他方が書き込まれている間、一方を読み出すことができるように、「トグル」状態にある。この技術はまた、バッファを「ピンポン」状態にすると言われる。
【００２７】
書き込みポインタＷＰは、ソース・ビデオ信号と同じ速度で、データをフレーム・メモリ１３ｂの中に書き込むのに用いられる。メモリ１３ｂの３個の部分のすべてが、典型的には、この書き込みポインタにより制御される。その際、カラーのおのおのに対し１個ずつの３個のメモリ面が、ビット面のデータを同時に受け取る。入ってくるビデオ・データが投射装置により受け取られるのと同じ平均の速さで、フレームがメモリに書き込まれるように、書き込みポインタを制御するのに垂直同期信号を用いることができる。
【００２８】
読み出しポインタＲＰを用いて、データが書き込まれるのと同じ平均の速さで、フレーム・メモリ１３ｂからＳＬＭ１３ｃにデータを読み出すことができる。下記で説明されるように、読み出しがカラー・ホイール１４ａの位相と同期するように、この読み出しポインタが制御される。
【００２９】
ＳＬＭ１３ｃは、一度に１ビット面ずつ、データをフレーム・メモリ１３ｂから受け取る。ＳＬＭ１３ｃから画像面１７に向けて反射された光に対しカラー・ホイール１４ａがフィルタ作用を行うような固定された位置に、ＳＬＭ１３ｃが配置される。ＳＬＭ１３ｃは光源（図示されていない）からの白色光を反射し、そのミラー素子の位置に応じて像が形成される。反射された光はカラー・ホイール１４ａでフィルタ作用を受け、そして、カラー・フィルタ作用を受けた像が画像面１７に投射される。カラー・ホイール１４ｂが回転する時、画像面１７はＳＬＭ１３ｃの正面に現在存在する色で照射される。背景に示されているように、カラー・ホイール１４ａはまた、白色光源とＳＬＭ１３ｃとの間に配置することができ、そして、前記で説明した本発明をまた応用することができる。
【００３０】
図２〜図４を実施するために、カラー・ホイール電動機１６ａは、カラー・ホイール１４ｂを一定の速さで駆動する任意の種類の電動機であることができる。説明の都合上、この回転速度は毎秒６０フレームという画像フレーム速度と一致していると仮定される、すなわち、毎秒６０回転であると仮定される。
【００３１】
再び図１において、カラー・ホイール１４ａは、異なるカラーの間のそれぞれの境界のところに、カラー境界Ｂを有する。図２に示されているように、カラー・ホイール１４ａの近くに検出器２１が配置され、それにより、カラー・ホイール１４ａが回転する時、これらの境界の中の１つの境界の上のマーカ２３を、検出器２１が検出する。検出器２１は、カラー・ホイール１４ａの１回転毎に信号を発生し、そして、この信号はタイミング発生器１５ａに送られる。このことにより、境界のおのおのが固定された基準点をいつ通過したかを、タイミング発生器１５ａが決定することができる。
【００３２】
ＳＬＭ１３ｃに送られたデータとカラー・ホイール１４ａの位置の間の関係は、「カラー位相」関係と呼ばれる。カラー・ホイール１４ａの１つのカラー部分がＳＬＭ１３ｃの正面を通過する時、そのカラーに対するすべてのビット面がＳＬＭ１３ｃにより表示されるならば、データとカラー・ホイール１４ａは「同位相」にある。
【００３３】
「フレーム周期」が垂直同期パルスの間の時間間隔を表すとすると、カラー・ホイール１４ａは１フレーム周期に１回転する。２４ビット画素データの場合、２４ビット面のすべてがＳＬＭ１３ｃにより表示される間に、カラー・ホイール１４ａが１回転する。
【００３４】
タイミング発生器１５ａは電動機駆動信号ＤＳを発生し、そして、この信号が駆動電動機１６ａに送られ、それにより、カラー・ホイール１４ｂが毎秒当たりの回転数で表される一定の速度で駆動される。タイミング発生器１５ａはまた、フレーム・メモリ１３ｂに流入および流出するデータを制御するために、書き込みポインタＷＰおよび読み出しポインタＲＰを発生する。
【００３５】
図３は、位相変化が起こる前および後での、垂直同期信号Ｖと、カラー・ホイール１４ａの位置と、ＳＬＭ１３ｃにより遅延されたデータとの間の、位相関係を示す。例示の目的で、テレビジョン信号のチヤンネルを変えることにより引き起こされる垂直同期信号の不連続により、位相の変化が生じたとして示されている。
【００３６】
チヤンネル変更の前、垂直同期信号と、カラー・ホイール１４ａと、データとはすべて、カラー・ホイール１４ａの青・赤境界に対応する垂直同期信号と共に、および、赤データの始まりと共に、同位相にある。
【００３７】
チヤンネルが変更された後、垂直同期信号とカラー・ホイール回転の開始とが必ずしも整合していないという意味において、垂直同期信号とカラー・ホイール１４ａとはもはや同位相にはない。もし新しいチヤンネルの第１フレームに対するデータが、垂直同期信号の開始時に、ＳＬＭ１３ｃに読み出されたならば、データとカラー・ホイール１４ａは整合しないであろう。換言すれば、データとカラー・ホイール１４ａは位相がずれているであろう。けれども、図示されているように、ＤＭＤにより表示されたデータとカラー・ホイールとの間の同位相関係は、保持される。
【００３８】
図４は、ＳＬＭ１３ｃにより表示されたデータとカラー・ホイール１４ａとの間の同位相関係を保持するために、フレーム・メモリ１３ｂがどのように管理されるかを示す。メモリ１３ｂのＲ部分、または、Ｇ部分、または、Ｂ部分のおのおのに対する１個のメモリ面４１が示されているが、Ｒ部分、または、Ｇ部分、または、Ｂ部分のおのおのは、そのカラーに対するビット数と同数の面を有していることを断っておく。前記で説明した２４ビット画素の例では、Ｒ部分、または、Ｇ部分、または、Ｂ部分のおのおのは、８個のメモリ面４１を有する。
【００３９】
フレーム・メモリ１３ｂの１つの特徴は、そのＲ部分、または、Ｇ部分、または、Ｂ部分のいずれもを、ＳＬＭ１３ｃにビット面を読み出すことを開始するために、独立に呼び出すことができることである。例えば、カラー・ホイール１４ａの赤境界が適切な点に到達した時、ポインタ制御装置１５ａは、メモリ１３ｂの赤部分から赤ビット面を読み出すために、読み出しポインタＲＰを進めることができる。次に、緑部分および青部分に対して読み出しが繰り返される。青部分から青ビット面が読み出された後、読み出しポインタが赤部分に戻る。
【００４０】
メモリ面４１のおのおのは、読み出しバッファおよび書き込みバッファに対して割り当てられたスペースを有する。書き込みバッファはビット面データで書き込まれ、一方、前のビット面は読み出しバッファから読み出される。読み出しバッファが読み出された後、書き込みポインタと読み出しポインタが「トグル」され、それにより、書き込みバッファが読み出しバッファになり、および逆に、読み出しバッファが書き込みバッファになる。また、メモリ面４１のおのおのは、書き込みオーバフロー・スペース４５を有する。
【００４１】
図４で、メモリ面４１のおのおのに対し、陰の付された面積領域は現在の読み出しバッファであり、そして、陰の付されていない面積領域は現在の書き込みバッファである。読み出しバッファは、全ビット面ｎを含む。読み出しポインタにより示されているように、青ビット面が読み出されようとしている。書き込みバッファは、ビット面ｎ＋１で書き込まれる。現在の書き込みバッファに対し、オーバフロー領域４５が利用可能である。バッファがトグルされた後、新しい現在の書き込みバッファに対し、書き込みオーバフロー領域４５が利用可能である。
【００４２】
センサ２１が、基準境界とＳＬＭ１３ｃからの画像の位置との間に既知の時間関係が存在するように、ＳＬＭ１３ｃに対して配置される。単純な実施例では、センサ２１は、境界がＳＬＭ１３ｃの正面を通過する時、基準境界を検出するように配置することができる。
【００４３】
動作の際、センサ２１は基準境界を検出し、そして、ポインタ制御装置１５ａにフィードバック信号を送る。この情報から、制御装置１５ａは、次の境界がいつ到着するかを決定する。または、カラー・ホイール１４ａの境界のおのおのが検出され、それらがセンサ２１を通過する時、独自の信号を供給する。とにかく、ポインタ制御装置１５ａは、適切な時刻に、メモリ１３ａの適切な部分に対し、読み出しポインタを発生する。
【００４４】
図４では、図３の位相変化が起こった後、その次の境界、すなわち、緑・青境界、がセンサ２１により検出されてこの境界がＳＬＭ１３ｃの正面にある位置にまで、カラー・ホイール１４ａが移動する。それに応じて、センサ２１は制御装置１５ａに信号を送る。それにより、制御装置１５ａは、読み出しポインタを、メモリ１３ｂの青部分の面４１に移動し、したがって、青データがＳＬＭ１３ｃにより利用可能になり、一方、カラー・ホイール１４ａの青部分がＳＬＭ１３ｃの正面にあるであろう。同時に、データの読み出しが、新しいチヤンネル・データの１フレームを書き込むのに要する時間と、カラー・ホイール１４ａが緑・青境界に進むのに要する時間とを加えた時間だけ、遅延される。
【００４５】
メモリ面４１のおのおのに対し、書き込みオーバフロー部分４５の容量は、少なくとも、１／３ビット面である。したかって、データを書き込むのに割り当てられたメモリ面４１のおのおのの部分は、少なくとも、１／３ビット面の容量を有する。このことは、境界が画像表示装置をちょうど通過した時の、「最悪の場合」の状況であり、そして、新しい境界が到達する前に１／３フレーム周期が終了する。この状況では、読み出しが再開する前に、書き込みが１／３フレーム周期の間持続するであろう。
【００４６】
図５は、処理装置１２をさらに詳細に示した図面である。処理作業は２個の機能装置１２ａおよび１２ｃに分割される。フィールド・バッファ１２ｂは、それらの間のデータ路である。フィールド・バッファ１２ｂを用いて、カラー・ホイールが同期していない時間間隔の間、画像を得ることができる。フィールド・バッファ１２ｂはまた、「フィールド拡がり」機能を実行する。カラー・ホイールの同期を得るために、前記で説明したフレーム・メモリ１３ｂを管理する別の方法として、フィールド・バッファ１２ｂを同様の方式で管理することができる。ビデオ信号がインタレースされている時、この別の方法が特に有用である。それは、フィールド・バッファ１２ｂは、典型的には、フレーム・バッファ１３ｂよりも小型であり、かつ、廉価であるからであり、および、小さなコストでその寸法を大きくすることができるからである。
【００４７】
再び図３において、垂直同期信号が中断する時間間隔に整合して、カラー・ホイール１４ａの位置の小さな不連続が仮定される。実際には、カラー・ホイール１４ａに対する電動機１５ａを駆動するための１つの手段が、垂直同期信号を利用することである。したがって、位相変化が起こるのは、電動機１５ａがその駆動信号を損失する過渡的時間間隔中であり、この時間間隔の後、電動機１５ａは垂直同期信号に再び同期しなければならない。この時間の間、表示された画像は歪むことがあり、または、他の手段を用いて表示装置をブランクにすることができる。
【００４８】
図６は、電動機制御装置１５ｂの図面である。電動機制御装置１５ｂは、水平同期信号から、駆動信号を引き出す。下記で説明されるように、このことは、カラー・ホイールの位相を増分的に調整することを可能にすると共に、位相変化の起こっている期間中、カラー・ホイール１４ａの位置に及ぼす過渡的効果を小さくする。
【００４９】
電動機制御装置１５ｂは、ＳＬＭに基づく投射装置１０に用いるとして説明されたが、電動機制御装置１５ｂは、水平同期信号を受取りおよびカラー・ホイールを利用する他の任意の形式のビデオ表示装置と共に用いることもできる。例えば、電動機制御装置１５ｂはラスタ走査表示装置に用いることができる。
【００５０】
電動機制御装置１５ｂは発振器５１を有する。発振器５１は、水平同期信号を受取る。ここで説明される実施例では、水平同期信号は、フレーム当たり５２５ラインを表す。下記で説明されるように、発振器５１は、予め定められた周波数乗数により、信号を乗算し、したがって、ｎ分割カウンタ５５は方形波を発生するであろう。この実施例では、発振器５１は水平同期信号の周波数の４倍で動作し、第１パルス信号を発生する。発振器５１は、典型的には、パルス出力を供給するための電圧制御発振器である。
【００５１】
ｎ分割カウンタ５５は、発振器５１からパルス信号を受け取り、そして、この信号をフレーム当たりのライン数で除算する。したがって、この説明の実施例では、ｎ＝５２５である。その結果は、発振器５１の周波数乗数と垂直同期信号との積に等しい周波数を有する、「フレーム・パルス」信号である。
【００５２】
第２のｎ分割カウンタ６５は、発振器５１の乗数の半分である一定の予め定められた周波数除算器により、この信号を除算する。この実施例では、乗数は４であり、そして、カウンタ６５のｎ値は２である。その結果得られる方形波は対称形であり、そして、毎秒６０サイクルの周波数を有する。この周波数は、垂直同期信号の毎秒６０フレームの周波数と整合する。この方形波が増幅され、または、そうでない場合には調整が行われて、単相交流電動機１６ａを駆動することができる。
【００５３】
図６には示されていないけれども、制御装置５０をまた用いて、直角位相電動機のための１対の駆動信号が得られる。この場合には、発振器５１は水平同期信号の周波数の８倍の周波数を有する。カウンタ６５は、２個の出力信号に対する４分割ジョンソン・カウンタであることができる。これらの２個の出力信号は、毎秒６０サイクルの周波数を有するが、相互には半サイクルの位相差を有する。
【００５４】
図７は、図３と同じチヤンネル変更を示した図面であるが、過渡的時間間隔を避けるカラー・ホイール位置を有する。図６はまた駆動信号ＤＳを示している。駆動信号ＤＳは、電動機制御装置１５ｂにより発生される。電動機１６ａを駆動するために水平同期信号を用いる結果として、位相変更が起こる時、駆動信号は大きな不連続を伴わないで発生を持続する。過渡的時間は、信号のフレーム時間間隔よりはむしろライン時間間隔に限定される。換言すれば、最大の中断は２個の水平同期パルスの間の時間間隔であり、これは５２５ライン・フレームの場合、６４ミリ秒の程度である。
【００５５】
電動機制御装置１５ｂのまた別の利点は、カラー・ホイール１４ａを垂直同期信号に再び同期させる性能である。再び図３において、位相変更が起こった後、通常、カラー・ホイール１４ａは垂直同期信号とは同じ位相にはない。書き込みポインタが垂直同期信号により駆動される装置では、このことは、読み出しポインタが現在表示されているフレームの終端部にあり、一方、書き込みポインタが次のフレームの開始部にある、という状況を生ずることができる。このことにより、メモリ・スペースを最大限に利用することができる。けれども、もしカラー・ホイール１４ａの位相が垂直同期信号の位相に増分的に整合できるならば、読み出しポインタと書き込みポインタを相互に近付けることができる。このことは、必要な位相関係が到達されるまで、カウンタ５５のｎ値を増分的に増加するまたは減少するような、駆動波形周期に対する小さな変更で達成される。メモリを最大限に利用するために、メモリ１３ｂが任意の与えられた時刻に半分満ちているように、読み出しポインタが配置される状況を保持することができる。
【００５６】
他の実施例
本発明が特定の実施例を参照して説明されたけれども、前記説明は、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されることを意味するものではない。説明された実施例を種々に変更した実施例、および、また別の実施例の可能であることは、当業者にはすぐに理解されるであろう。したがって、本発明の範囲には、このような変更実施例はすべて包含されるものと理解しなければならない。
【００５７】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） 選定された部分からのデータを与えられた瞬間に読み出すことができるように、空間光変調器（ＳＬＭ）により表示されるべきカラーのおのおのを表すデータを記憶するために別々にアドレスで呼び出すことが可能な部分を有するメモリと、
データが読み出されるべきフレーム・メモリの中のアドレスを表す読み出しポインタを発生するため、および、前記ＳＬＭに対しカラー・ホイールの現在位置を指示するカラー・ホイール電動機からのフィードバック信号に応答して前記アドレスおよび読み出しのタイミングを決定するための、ポインタ制御装置と、を有する、前記ＳＬＭが利用できるデータと前記ＳＬＭに対する前記カラー・ホイールの位置との間にカラー位相関係が存在するように、前記ＳＬＭと電動機で駆動される前記カラー・ホイールとを用いたビデオ表示装置のためのメモリ。
【００５８】
（２） 第１項記載のメモリにおいて、前記ビデオ信号の位相変化の期間中データを記憶するための書き込みオーバフロー・メモリをさらに有する、前記メモリ。
（３） 第１項記載のメモリにおいて、前記メモリがデータのビット面を記憶するための１組のメモリ面を有するフレーム・メモリである、前記メモリ。
（４） 第１項記載のメモリにおいて、前記メモリの各部分が交代する書き込みバッファおよび読み出しバッファである、前記メモリ。
（５） 第１項記載のメモリにおいて、前記メモリにデータが書き込まれるべきアドレスを表す書き込みポインタを発生するための装置を前記ポインタ制御装置が有する、前記メモリ。
【００５９】
（６） メモリの中にデータを記憶する段階と、
空間光変調器（ＳＬＭ）に対するカラー・ホイールのカラー境界の位置を検出する段階と、
前記カラー・ホイールの前記カラーが前記ＳＬＭの正面にある時刻に、前記カラー・ホイールの前記境界に続くカラーを表すデータが前記メモリから読み出されるように、読み出しポインタを発生する段階と、
を有する、前記ＳＬＭに対し利用可能なデータと前記ＳＬＭに対する前記カラー・ホイールの位置との間にカラー位相関係が存在するように、前記ＳＬＭと電動機で駆動された前記カラー・ホイールとを用いたビデオ表示装置のフレーム・メモリを管理する方法。
【００６０】
（７） 第６項記載の方法において、前記他の段階のおのおのの間前記カラー・ホイールを一定の速度で回転する段階をさらに有する、前記方法。
（８） 第６項記載の方法において、前記カラー・ホイールの既知の境界が既知の位置にあるまで前記メモリから前記ＳＬＭへのデータの読み出しを遅延する段階をさらに有する、前記方法。
（９） 第８項記載の方法において、読み出しを遅延する前記段階の間データを前記メモリに書き込む段階をさらに有する、前記方法。
（１０） 第６項記載の方法において、前記カラー・ホイールに対する駆動信号を発生するためにビデオ信号の水平同期信号を利用する段階をさらに有する、前記方法。
【００６１】
（１１） 水平同期信号を受取り、かつ、前記水平同期信号の周波数乗数倍の周波数を有する第１パルス信号を発生するための、発振器と、
前記発振器から前記第１パルス信号を受取り、かつ、フレーム・パルス信号を発生するように交代する前記信号を各フレームの中のラインの数に等しい値で除算するための、ｎ分割カウンタと、
前記フレーム・パルス信号を受取り、かつ、垂直同期信号の周期に等しい周期を有する方形波信号を発生するように前記フレーム・パルス信号を予め定められた周波数除数で除算するための、第２のｎ分割カウンタと、
を有する、水平同期信号と垂直同期信号とを有するビデオ信号からカラー画像のフレームを表示するために、電動機で駆動されたカラー・ホイールを利用する表示装置のためのカラー・ホイール電動機制御装置。
【００６２】
（１２） 第１１項記載の電動機制御装置において、前記発振器が前記水平同期信号の周波数の４倍の周波数で前記第１パルス信号を発生し、かつ、前記第２のｎ分割カウンタが前記フレーム・パルス信号を２で除算する、前記電動機制御装置。
（１３） 第１１項記載の電動機制御装置において、前記発振器が電圧制御発振器である、前記電動機制御装置。
（１４） 第１１項記載の電動機制御装置において、単相電動機を駆動するために前記方形波信号を２個の位相の異なる信号に変換するための装置をさらに有する、前記電動機制御装置。
（１５） 第１１項記載の電動機制御装置において、前記第２のｎ分割カウンタが２個の方形波信号を得るためのジョンソン・カウンタである、前記電動機制御装置。
【００６３】
（１６） 第１１項記載の電動機制御装置において、前記第１のｎ分割カウンタが１個以上の値のｎに変更することができる、前記電動機制御装置。
（１７） 水平同期信号の周波数乗数倍の周波数を有する第１パルス信号に前水平同期信号を変換する段階と、
フレーム・パルス信号を発生するために各フレームの中のラインの数に等しい値で前記第１パルス信号を除算する段階と、
垂直同期信号の周期に等しい周期を有する方形波信号を発生するために予め定められた周波数除数により前記フレーム・パルス信号を除算する段階と、
前記方形波から得られた駆動信号でカラー・ホイールを駆動する段階と、
を有する、水平同期信号と垂直同期信号とを有するビデオ信号からカラー画像のフレームを表示するために、電動機で駆動されたカラー・ホイールを利用する表示装置のためのカラー・ホイール電動機のための駆動信号を得る方法。
【００６４】
（１８） 第１７項記載の方法において、前記周波数乗数が４であり、かつ、前記周波数除数が２である、前記方法。
（１９） 第１７項記載の方法において、前記方形波信号を２個の位相の異なる方形波信号に分割する段階をさらに有する、前記方法。
（２０） 第１７項記載の方法において、前記方形波の位相を変更するために前記第１のｎ分割カウンタの前記除数値を変更する段階をさらに有する、前記方法。
（２１） 第２０項記載の方法において、前記方形波と前記垂直同期信号との間の必要な位相関係を増分的に得るために前記除数値を変更する前記段階を繰り返す段階をさらに有する、前記方法。
【００６５】
（２２） 空間光変調器（ＳＬＭ）に基づく投射表示装置１０は、ＳＬＭ１３ｃに供給されるビデオ・データをサンプリングし、および、処理する。ＳＬＭに基づく投射表示装置１０は、ＳＬＭにより発生された画像をカラーにするために、カラー・ホイール１４ａを利用する。フレーム・メモリ１３ｂはＳＬＭ１３ｃにデータを供給し、そして、もし入ってくるビデオ信号の位相が変わるならば、カラー・ホイール位置と、ＳＬＭ１３ｃが利用できるデータと、の間の必要な位相関係を保持することができるように、管理を行う。また、電動機制御装置１５ａは、水平同期信号を利用してカラー・ホイール電動機１６ａに対する駆動信号を発生する。電動機制御装置１５ａは、位相変化が起こる間の過渡的時間を限定し、および、駆動信号の位相を調整する手段を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフレーム・メモリおよび電動機制御装置の両方を有する、ＳＬＭに基づく投射表示装置の基本ブロック線図。
【図２】図１のポインタ制御装置と、フレーム・メモリおよびカラー・ホイールとの、その相互接続を示した図。
【図３】位相変化が起こる前および後における、垂直同期信号と、カラー・ホイールの位置と、ＳＬＭにより表示されるデータと、の間の位相関係を示した図。
【図４】カラー・ホイールとＳＬＭにより表示されたデータとの間の同位相関係を保持するために、ポインタ制御装置がどのように用いられるかを示した図。
【図５】本発明により管理することができるフィールド・バッファの図。
【図６】図１の電動機制御装置と、水平同期信号およびカラー・ホイール電動機とのその相互接続を示した図。
【図７】図６の電動機制御装置により発生される駆動信号と、カラー・ホイールの位置とほぼ一定の位相関係と、を示した図。
【符号の説明】
１０ 投射表示装置
１１ 信号インタフェース装置
１２ 信号処理装置
１３ 表示電子装置
１３ａ データ・フォーマッタ
１３ｂ フレーム・メモリ
１４ａ、１４ｂ カラー・ホイール
１５ 制御装置
１５ａ ポインタ制御装置
１５ｂ 電動機制御装置
１６ａ 電動機
６０ 発振器
６１ カウンタ
６５ 制御装置[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an image display device. More specifically, the present invention relates to a projection display device using a spatial light modulator, a white light source, and a color wheel.
[0002]
[Prior art and its problems]
Spatial light modulators (SLMs) are increasingly being used in the field of application of projection displays. A DMD is a form of SLM having an array of micromechanical mirror elements, each of which can be individually addressed by electronic data with an address. Depending on the state of the addressing signal, each of these mirror elements changes its orientation and operates to either reflect or not reflect light on the image plane.
[0003]
For SLM-based display applications, the incoming video signal must be converted to binary data so that it can be used by the SLM. As a result of conversion from analog to digital format, the data is first arranged pixel by pixel, row by row, and frame by frame. If the data is interlaced, the data also needs to be scan converted from field to frame. For example, the DMD displays one bit at a time per mirror element. In other words, an image reflected by the DMD at one arbitrary time represents a set of bits having the same binary weight. Therefore, the data must be reformatted into a “bit plane” before being sent to the SLM. For pixels with n-bit resolution, there are n bit planes per image frame.
[0004]
US Patent Serial No. 07 / 678,761 of the name “DMD Architecture and Timing for Use in a Pulse-Width Modulated Display System” discloses one type of projection display device based on DMD. This US patent also discloses a format method for using video data in such a device and a method for modulating the bit plane to obtain varying intensity.
[0005]
Color images are created from bit planes representing different colors. As one example, video data can have 24 bits of data per pixel. Of these 24 bits, assuming that the colors are red, green, and blue, 8 bits are data for red, 8 bits are data for green, and 8 bits are for blue. It is data. One complete frame will consist of a 24-bit plane image.
[0006]
One technique for obtaining a color image is to use a white light source and a color filter in front of the SLM. In one case designed in this way, white light illuminates the SLM, and a color filter is placed between the SLM and the image plane. Thus, the image reflected from the SLM is filtered with that color. In another case of such a design, the color filter is placed between the white light source and the SLM.
[0007]
One common method of color filtering is to use a “color wheel” driven by an electric motor that has a red part, a blue part and a green part to temporarily filter the light. . The color of the final image varies depending on the bit plane data for each color. US Patent Serial No. 07 / 809,816, entitled “White Light Enhanced Color Field Projection”, discloses the use of a color wheel for a DMD based projection display.
[0008]
When using a color wheel, the rotation speed and phase of the color wheel and the timing of the image data reflected from the SLM must be synchronized. In other words, the color wheel must rotate so that data is sent through the correct color filter at the correct time.
[0009]
One difficulty that arises in properly synchronizing the color wheel is that the phase of the color typically changes when changing from one video signal to another. At this time, the phase will change even if the new data has the same frequency as the old data. For example, in the case of a television device, when a television viewer switches channels, the processed blue data of the new channel is sent to the SLM at the time when the processed red data of the old channel is available. Sometimes it becomes available. As a result, if the data and color wheel are not synchronized, blue data will be supplied to the SLM when the red portion of the color wheel is in front of the SLM.
[0010]
One conventional technique for resynchronizing data and the color wheel is to drive the color wheel with a high torque motor. This high torque motor can rapidly accelerate or decelerate the color wheel, thereby adjusting its phase. However, these high torque motors are expensive.
[0011]
[Means for solving problems]
A first feature of the present invention is a display device using a color wheel having different color filters and driven by an electric motor and an SLM to display an image from the processed video data. Is memory for. This memory stores the processed data in a manner that can be immediately supplied to the SLM. This memory stores data representing each color to be displayed by the DMD and can be recalled separately by address so that data from selected parts can be read from the memory at a given time Can have a part. The pointer control device generates a read pointer. This read pointer represents an address in the memory from which data is to be read. The pointer controller determines the memory part to be read most recently and the read timing. The timing of this readout is determined in response to a feedback signal from the color wheel motor that indicates the phase of the color wheel relative to the video data in the SLM.
[0012]
One technical advantage of this memory is that the color wheel and display are synchronized. The phase difference between the color wheel and the data available to the SLM can be resolved by controlling the read pointer. Color wheel motors are only required to drive the color wheel at a constant rotational speed per unit time. To eliminate the phase difference, it is not necessary to increase or decrease the rotation speed of the motor. Therefore, a very inexpensive electric motor can be used. Also, the transient time to achieve synchronization is minimal. For television applications, after a channel change, the data available to the SLM is quickly re-synchronized with the color wheel position. In the case of television, as is the case for other applications, fast resynchronization reduces undesirable artifacts in the image.
[0013]
Another feature of the present invention is a color wheel motor for a display device that uses a motor driven color wheel to display a frame of a color image from data sampled and processed from a video signal. It is a control device. A phase locked oscillator receives the horizontal sync signal of the video signal and generates a pulse signal having a frequency equal to a predetermined multiplier multiple of the horizontal sync signal. A first n-divided counter receives this pulse signal from the phase locked oscillator and divides the frequency of the alternating signal by the number of lines in each frame, thereby reducing the frame pulse signal. appear. This frame pulse signal is equal to a predetermined multiplier times the length of the frame. A second n-divided counter receives this frame pulse signal and divides this signal by a predetermined divisor, thereby generating a square wave having a period equal to the length of the frame. This signal can be used to drive a synchronous AC color wheel motor.
[0014]
By using a horizontal sync signal to drive a synchronous color wheel motor, the time interval at which the drive signal is interrupted when a phase change occurs, for example, when changing the channel when applied to a television. Is limited. This is because the interruption between horizontal sync pulses is much less than that between vertical sync pulses, and the phase locked oscillator / divider is motor driven during horizontal resynchronization. This is because the waveform is retained. It is also possible to adjust the color wheel phase incrementally, thereby enabling various memory management techniques that make maximum use of memory space.
[0015]
【Example】
US Patent Serial No. 07 / 678,761 of the name “DMD Architecture sn Timing for Use in a Pulse-Width Modulated Display System” discloses one type of projection display device based on DMD. However, this projection display device does not incorporate the features of the present invention. The contents of this patent are incorporated into the present invention. This patent also discloses a method of formatting video data for use with such a device and a method of modulating the bit plane to obtain a gray scale image. A conventional method of using a DMD-based projection display device with a color wheel to obtain sequential color images is disclosed in US Patent Serial No. 07 / 809,816, entitled “White Light Enhanced Color Field Projection”. Has been. The contents of this patent are incorporated into the present invention.
[0016]
FIG. 1 is a block diagram of a projection display device 10 based on SLM. The projection display device 10 can obtain a color image from pixel data sampled from a video signal. This video signal can be any signal from which pixel data can be sampled. For example, the video signal can be a television broadcast signal. This video signal can be sampled and converted to RGB data. The video signal can also be an RGB signal from a signal source such as a computer, or can be a digital signal. At least a common feature of various types of video signals is that they have a vertical and horizontal sync signal and components from which digital color data can be sampled. For the following description, an analog signal will be assumed.
[0017]
As one overview of the device 10, the signal interface device 11 receives the video signal, generates an analog signal, and sends a synchronization signal to the signal processing device 12. The video signal from the interface device 11 can be either an interlaced signal or a non-interlaced signal and can represent either RGB data or luminescence / chrominance data.
[0018]
The signal processing device 12 converts the analog video signal into a digital video signal. In addition, characteristics such as picture-in-picture and on-screen display can be added. Typically, the signal processor 12 conditions the data for display and provides center timing to the device 10. If the data is interlaced, the signal processor 12 also provides field to frame scan conversion.
[0019]
The display electronic device 13 reformats the digital video data in the data formatter 13a. The data formatter 13a formats the bit plane of data for sequential color image execution. Details of a suitable data formatter 13a are disclosed in US Patent Serial No. 07 / 755,981 under the name “Data Formatter with Orthogonal Input / Output and Spatial Reordering”. The contents of this patent are incorporated into the present invention. The frame memory 13b stores a frame of image data and sends it to the SLM 13c. The frame memory 13b performs management according to the present invention. The SLM 13c can be any type of SLM. Although described herein as a DMD type SLM, the device can be replaced with any other type of SLM, and such a device can be utilized in the method of the present invention. . Details of suitable DMD 13c are disclosed in U.S. Pat. No. 4,956,619 of the Hornbeck name "Spatial Light Modulator". The contents of this patent are incorporated into the present invention.
[0020]
The display optical device 14 receives an image from the SLM 13 c and sends the display image to an image surface such as a display screen 17. The color wheel 14a rotates so that each bit face is routed through a corresponding color filter. Consistent with the description herein, the color wheel 14a corresponds to red data, green data, and blue data, but other colors may be used.
[0021]
The control device 15 performs control functions of various devices. The controller 15 includes a pointer controller 15a for synchronizing the timing of data available to the SLM 13c with the position of the color wheel 14a, as will be described below in connection with FIGS. The controller 15 also includes an electric motor controller 15b for supplying a drive signal DS to the electric motor 16a, as will be described below in connection with FIGS. The design and operation of the pointer controller 15a and the motor controller 15b can be independent. The projection display device 10 can be implemented with either or both of these.
[0022]
The machine device 16 provides various machine device functions. The mechanical device 16 has an electric motor 16a for driving the color wheel 14a.
[0023]
FIG. 2 is a drawing of the pointer control device 15a. FIG. 2 also shows the relationship between the frame memory 13b, the SLM 13c, the color wheel 14a, the color wheel motor 16a, and the pointer controller 15a.
[0024]
The basic idea of the design of FIG. 2 is that the color phase change is resynchronized by controlling how data is read from the memory 13b instead of by changing the phase of the color wheel 14b. Is Rukoto. As explained in the prior art section above, these phase changes can occur for a variety of reasons, such as those that occur as a result of changing the television channel.
[0025]
The frame memory 13b has three parts, one for each color. For the purposes of the description herein taking the example of 24-bit pixel data, in the “Display Ready” format, the frame memory 13b provides 24 bit planes for each image frame. Here, each color has 8 bit planes. In other words, the data read from the frame memory 13b is formatted so that all color conversions, scan conversions, and other processes are performed. In the output, each of the bit surfaces is ready for display by the SLM 13c. In this example, during one frame period, all 1/60 seconds, these 24 bit planes are displayed by the SLM 13c and constitute one “image frame”. Depending on the configuration of the frame memory 13b, formatting to the DMD display ready bit plane can occur either before input, at input, or at output. The formatting of data into the bit plane and the writing and reading of data to the frame memory for SLM display are disclosed in the aforementioned US patents and pending US patents.
[0026]
The portion of the frame memory 13b assigned to the bit plane data for each bit having the same binary weight is called the “plane” of the memory 13b. The memory 13b normally operates as a first-in first-out buffer. That is, the bit planes are read from the memory planes to the SLM 13c in the same order. As described below in connection with FIG. 3, each of the memory planes is actually a write buffer and a read buffer. They are in a “toggle” state so that one can be read while the other is being written. This technique is also said to put the buffer in a “ping-pong” state.
[0027]
The write pointer WP is used to write data into the frame memory 13b at the same speed as the source video signal. All three parts of the memory 13b are typically controlled by this write pointer. At that time, three memory planes, one for each color, simultaneously receive bit plane data. A vertical sync signal can be used to control the write pointer so that the frame is written to memory at the same average rate that incoming video data is received by the projection device.
[0028]
Using the read pointer RP, data can be read from the frame memory 13b to the SLM 13c at the same average speed as the data is written. As explained below, this readout pointer is controlled so that the readout is synchronized with the phase of the color wheel 14a.
[0029]
The SLM 13c receives data from the frame memory 13b one bit plane at a time. The SLM 13c is arranged at a fixed position where the color wheel 14a filters the light reflected from the SLM 13c toward the image plane 17. The SLM 13c reflects white light from a light source (not shown), and an image is formed according to the position of the mirror element. The reflected light is filtered by the color wheel 14a, and an image subjected to the color filter action is projected onto the image plane 17. When the color wheel 14b rotates, the image plane 17 is illuminated with the color currently present in front of the SLM 13c. As shown in the background, the color wheel 14a can also be placed between the white light source and the SLM 13c, and the invention described above can also be applied.
[0030]
To implement FIGS. 2-4, the color wheel motor 16a can be any type of motor that drives the color wheel 14b at a constant speed. For convenience of explanation, it is assumed that this rotational speed matches the image frame speed of 60 frames per second, i.e. 60 revolutions per second.
[0031]
Referring again to FIG. 1, the color wheel 14a has a color boundary B at each boundary between different colors. As shown in FIG. 2, a detector 21 is placed near the color wheel 14a so that when the color wheel 14a rotates, a marker 23 above one of these boundaries. Is detected by the detector 21. The detector 21 generates a signal for each rotation of the color wheel 14a, and this signal is sent to the timing generator 15a. This allows the timing generator 15a to determine when each of the boundaries has passed a fixed reference point.
[0032]
The relationship between the data sent to the SLM 13c and the position of the color wheel 14a is called the “color phase” relationship. When one color portion of the color wheel 14a passes the front of the SLM 13c, the data and the color wheel 14a are "in phase" if all the bit planes for that color are displayed by the SLM 13c.
[0033]
If "frame period" represents the time interval between vertical sync pulses, the color wheel 14a rotates once per frame period. In the case of 24-bit pixel data, the color wheel 14a rotates once while all of the 24-bit plane is displayed by the SLM 13c.
[0034]
The timing generator 15a generates a motor drive signal DS and this signal is sent to the drive motor 16a, thereby driving the color wheel 14b at a constant speed expressed in revolutions per second. The timing generator 15a also generates a write pointer WP and a read pointer RP to control data flowing into and out of the frame memory 13b.
[0035]
FIG. 3 shows the phase relationship between the vertical sync signal V, the position of the color wheel 14a and the data delayed by the SLM 13c before and after the phase change occurs. For illustrative purposes, the phase change is shown to be caused by a discontinuity in the vertical sync signal caused by changing the channel of the television signal.
[0036]
Prior to the channel change, the vertical sync signal, the color wheel 14a, and the data are all in phase with the vertical sync signal corresponding to the blue / red boundary of the color wheel 14a and with the beginning of the red data. .
[0037]
After the channel is changed, the vertical sync signal and the color wheel 14a are no longer in phase in the sense that the vertical sync signal and the start of color wheel rotation are not necessarily aligned. If data for the first frame of the new channel is read out to the SLM 13c at the start of the vertical sync signal, the data and the color wheel 14a will not match. In other words, the data and the color wheel 14a will be out of phase. However, as shown, the in-phase relationship between the data displayed by the DMD and the color wheel is preserved.
[0038]
FIG. 4 shows how the frame memory 13b is managed to maintain the in-phase relationship between the data displayed by the SLM 13c and the color wheel 14a. Although one memory surface 41 is shown for each of the R, G, or B portions of the memory 13b, each of the R, G, or B portions corresponds to its color. Note that it has the same number of faces as the number of bits. In the example of the 24-bit pixel described above, each of the R portion, the G portion, or the B portion has eight memory surfaces 41.
[0039]
One feature of the frame memory 13b is that either its R part, G part or B part can be called independently to start reading the bit plane into the SLM 13c. For example, when the red boundary of the color wheel 14a reaches an appropriate point, the pointer controller 15a can advance the read pointer RP to read the red bit plane from the red portion of the memory 13b. Next, reading is repeated for the green and blue portions. After the blue bit plane is read from the blue portion, the read pointer returns to the red portion.
[0040]
Each of the memory surfaces 41 has space allocated for read and write buffers. The write buffer is written with bit plane data, while the previous bit plane is read from the read buffer. After the read buffer is read, the write pointer and read pointer are “toggled” so that the write buffer becomes the read buffer and vice versa. Each memory surface 41 also has a write overflow space 45.
[0041]
In FIG. 4, for each of the memory planes 41, the shaded area region is the current read buffer, and the unshaded area region is the current write buffer. The read buffer includes all bit planes n. The blue bit plane is about to be read as indicated by the read pointer. The write buffer is written on bit plane n + 1. An overflow area 45 is available for the current write buffer. After the buffer is toggled, a write overflow area 45 is available for the new current write buffer.
[0042]
The sensor 21 is arranged with respect to the SLM 13c such that a known temporal relationship exists between the reference boundary and the position of the image from the SLM 13c. In a simple embodiment, the sensor 21 can be arranged to detect a reference boundary when the boundary passes in front of the SLM 13c.
[0043]
In operation, sensor 21 detects the reference boundary and sends a feedback signal to pointer controller 15a. From this information, the controller 15a determines when the next boundary arrives. Alternatively, each of the boundaries of the color wheel 14a is detected and provides a unique signal as they pass the sensor 21. In any case, the pointer control device 15a generates a read pointer for an appropriate part of the memory 13a at an appropriate time.
[0044]
In FIG. 4, after the phase change of FIG. 3 occurs, the color wheel 14a is detected until the next boundary, that is, the green / blue boundary, is detected by the sensor 21 and the boundary is in front of the SLM 13c. Moving. In response, the sensor 21 sends a signal to the control device 15a. This causes the controller 15a to move the read pointer to the blue part surface 41 of the memory 13b, thus making the blue data available to the SLM 13c, while the blue part of the color wheel 14a is in front of the SLM 13c. There will be. At the same time, data reading is delayed by the amount of time required to write one frame of new channel data plus the time required for the color wheel 14a to go to the green / blue boundary.
[0045]
For each memory surface 41, the capacity of the write overflow portion 45 is at least a 1/3 bit surface. Thus, each portion of the memory surface 41 assigned to write data has a capacity of at least 1/3 bit surface. This is the “worst case” situation when the boundary has just passed through the image display and the 1/3 frame period ends before the new boundary arrives. In this situation, the write will last for 1/3 frame period before the read resumes.
[0046]
FIG. 5 shows the processing apparatus 12 in more detail. The processing work is divided into two functional devices 12a and 12c. Field buffer 12b is the data path between them. The field buffer 12b can be used to acquire images during time intervals when the color wheel is not synchronized. The field buffer 12b also performs a “field spread” function. In order to obtain color wheel synchronization, the field buffer 12b can be managed in a similar manner as another method for managing the frame memory 13b described above. This alternative method is particularly useful when the video signal is interlaced. This is because the field buffer 12b is typically smaller and less expensive than the frame buffer 13b, and can be increased in size at a lower cost.
[0047]
Referring again to FIG. 3, a small discontinuity in the position of the color wheel 14a is assumed, consistent with the time interval at which the vertical sync signal breaks. In practice, one means for driving the motor 15a for the color wheel 14a is to use a vertical synchronization signal. Thus, the phase change occurs during a transient time interval in which the motor 15a loses its drive signal, after which the motor 15a must be synchronized again with the vertical synchronization signal. During this time, the displayed image may be distorted or the display device can be blanked using other means.
[0048]
FIG. 6 is a drawing of the motor control device 15b. The motor control device 15b extracts a drive signal from the horizontal synchronization signal. As explained below, this allows the color wheel phase to be adjusted incrementally and has a transient effect on the position of the color wheel 14a during the phase change. Make it smaller.
[0049]
Although the motor controller 15b has been described as used in the SLM-based projection apparatus 10, the motor controller 15b is used with any other type of video display that receives the horizontal sync signal and utilizes a color wheel. You can also. For example, the motor control device 15b can be used for a raster scanning display device.
[0050]
The motor control device 15 b has an oscillator 51. The oscillator 51 receives a horizontal synchronization signal. In the embodiment described here, the horizontal sync signal represents 525 lines per frame. As will be described below, oscillator 51 will multiply the signal by a predetermined frequency multiplier, and thus n-divide counter 55 will generate a square wave. In this embodiment, the oscillator 51 operates at four times the frequency of the horizontal synchronizing signal and generates a first pulse signal. The oscillator 51 is typically a voltage controlled oscillator for supplying a pulse output.
[0051]
The n division counter 55 receives the pulse signal from the oscillator 51 and divides this signal by the number of lines per frame. Therefore, in the example of this description, n = 525. The result is a “frame pulse” signal having a frequency equal to the product of the frequency multiplier of the oscillator 51 and the vertical synchronization signal.
[0052]
The second n-dividing counter 65 divides this signal by a constant predetermined frequency divider that is half the multiplier of the oscillator 51. In this embodiment, the multiplier is 4 and the n value of counter 65 is 2. The resulting square wave is symmetric and has a frequency of 60 cycles per second. This frequency matches the frequency of 60 frames per second of the vertical synchronization signal. This square wave is amplified or otherwise adjusted so that the single phase AC motor 16a can be driven.
[0053]
Although not shown in FIG. 6, the controller 50 is also used to obtain a pair of drive signals for a quadrature motor. In this case, the oscillator 51 has a frequency that is eight times the frequency of the horizontal synchronizing signal. The counter 65 can be a four-divided Johnson counter for the two output signals. These two output signals have a frequency of 60 cycles per second, but have a half cycle phase difference from each other.
[0054]
FIG. 7 shows the same channel change as FIG. 3, but with a color wheel position that avoids transient time intervals. FIG. 6 also shows the drive signal DS. The drive signal DS is generated by the motor control device 15b. As a result of using the horizontal sync signal to drive the motor 16a, when a phase change occurs, the drive signal continues to occur without significant discontinuities. Transient time is limited to line time intervals rather than signal frame time intervals. In other words, the maximum interruption is the time interval between two horizontal sync pulses, which is on the order of 64 milliseconds for a 525 line frame.
[0055]
Another advantage of the motor controller 15b is the ability to resynchronize the color wheel 14a with the vertical sync signal. Again in FIG. 3, after the phase change has occurred, the color wheel 14a is typically not in phase with the vertical sync signal. In devices where the write pointer is driven by a vertical sync signal, this results in a situation where the read pointer is at the end of the currently displayed frame, while the write pointer is at the start of the next frame. be able to. This allows the maximum use of memory space. However, if the phase of the color wheel 14a can be incrementally matched to the phase of the vertical sync signal, the read and write pointers can be brought closer together. This is accomplished with small changes to the drive waveform period such that the n value of the counter 55 is incrementally increased or decreased until the required phase relationship is reached. In order to make the best use of the memory, it is possible to keep the situation where the read pointer is placed so that the memory 13b is half full at any given time.
[0056]
Other examples
Although the present invention has been described with reference to particular embodiments, the above description is not meant to limit the scope of the invention to these embodiments. Those skilled in the art will readily appreciate that various modifications of the described embodiment and other embodiments are possible. Therefore, it should be understood that all such modified embodiments are included in the scope of the present invention.
[0057]
The following items are further disclosed with respect to the above description.
(1) At a separate address to store data representing each of the colors to be displayed by the spatial light modulator (SLM) so that data from the selected portion can be read at a given moment. A memory having a part that can be called; and
The address to generate a read pointer representing the address in the frame memory from which data is to be read and in response to a feedback signal from a color wheel motor indicating the current position of the color wheel to the SLM And a pointer controller for determining the timing of readout, the SLM and the SLM such that there is a color phase relationship between the data available to the SLM and the position of the color wheel relative to the SLM. A memory for a video display device using the color wheel driven by an electric motor.
[0058]
(2) The memory according to (1), further comprising a write overflow memory for storing data during the phase change of the video signal.
(3) The memory according to item 1, wherein the memory is a frame memory having a set of memory surfaces for storing a bit surface of data.
(4) The memory according to (1), wherein each part of the memory is a write buffer and a read buffer that alternate.
(5) The memory according to item 1, wherein the pointer control device has a device for generating a write pointer indicating an address at which data is to be written to the memory.
[0059]
(6) storing data in a memory;
Detecting the position of the color boundary of the color wheel relative to the spatial light modulator (SLM);
Generating a read pointer so that data representing the color following the boundary of the color wheel is read from the memory at a time when the color of the color wheel is in front of the SLM;
Using the SLM and the motor driven color wheel so that there is a color phase relationship between the data available to the SLM and the position of the color wheel relative to the SLM. A method for managing a frame memory of a video display device.
[0060]
7. The method of claim 6, further comprising rotating the color wheel at a constant speed during each of the other stages.
8. The method of claim 6, further comprising delaying reading of data from the memory to the SLM until a known boundary of the color wheel is at a known location.
9. The method of claim 8, further comprising writing data to the memory during the step of delaying reading.
10. The method of claim 6, further comprising using a horizontal sync signal of the video signal to generate a drive signal for the color wheel.
[0061]
(11) an oscillator for receiving a horizontal synchronization signal and generating a first pulse signal having a frequency multiple of the horizontal synchronization signal;
An n-divided counter for receiving the first pulse signal from the oscillator and dividing the signal alternating to generate a frame pulse signal by a value equal to the number of lines in each frame;
A second n for receiving the frame pulse signal and dividing the frame pulse signal by a predetermined frequency divisor to generate a square wave signal having a period equal to the period of the vertical synchronization signal. A split counter,
A color wheel motor controller for a display device that uses a color wheel driven by an electric motor to display a frame of a color image from a video signal having a horizontal synchronizing signal and a vertical synchronizing signal.
[0062]
(12) In the motor controller according to item 11, the oscillator generates the first pulse signal at a frequency four times the frequency of the horizontal synchronizing signal, and the second n-divided counter has the frame The motor control device according to claim 1, wherein the pulse signal is divided by two.
(13) The motor control device according to item 11, wherein the oscillator is a voltage-controlled oscillator.
(14) The motor control device according to item 11, further comprising a device for converting the square wave signal into two signals having different phases in order to drive the single-phase motor.
(15) The motor control device according to item 11, wherein the second n-divided counter is a Johnson counter for obtaining two square wave signals.
[0063]
(16) The electric motor control device according to the eleventh aspect, wherein the first n-divided counter can be changed to n of one or more values.
(17) converting the previous horizontal synchronization signal into a first pulse signal having a frequency multiple of the frequency of the horizontal synchronization signal;
Dividing the first pulse signal by a value equal to the number of lines in each frame to generate a frame pulse signal;
Dividing the frame pulse signal by a predetermined frequency divisor to generate a square wave signal having a period equal to the period of the vertical synchronization signal;
Driving a color wheel with a drive signal obtained from the square wave;
Drive for a color wheel motor for a display device that utilizes a motor-driven color wheel to display a frame of a color image from a video signal having a horizontal sync signal and a vertical sync signal How to get a signal.
[0064]
(18) The method according to item 17, wherein the frequency multiplier is 4 and the frequency divisor is 2.
(19) The method according to item 17, further comprising the step of dividing the square wave signal into two square wave signals having different phases.
(20) The method according to item 17, further comprising changing the divisor value of the first n-divided counter to change the phase of the square wave.
21. The method of claim 20, further comprising repeating the step of changing the divisor value to incrementally obtain the required phase relationship between the square wave and the vertical synchronization signal, Method.
[0065]
(22) The projection display device 10 based on the spatial light modulator (SLM) samples and processes the video data supplied to the SLM 13c. The SLM-based projection display device 10 utilizes a color wheel 14a to color the image generated by the SLM. Frame memory 13b provides data to SLM 13c and maintains the necessary phase relationship between the color wheel position and the data available to SLM 13c if the phase of the incoming video signal changes. Manage so that you can. Further, the motor control device 15a generates a drive signal for the color wheel motor 16a using the horizontal synchronization signal. The motor controller 15a provides a means for limiting the transient time during which the phase change occurs and adjusting the phase of the drive signal.
[Brief description of the drawings]
1 is a basic block diagram of an SLM-based projection display device having both a frame memory and a motor controller according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the interconnection of the pointer control device of FIG. 1 with a frame memory and a color wheel.
FIG. 3 shows the phase relationship between the vertical sync signal, the position of the color wheel, and the data displayed by the SLM before and after the phase change occurs.
FIG. 4 shows how a pointer controller is used to maintain an in-phase relationship between the color wheel and the data displayed by the SLM.
FIG. 5 is a diagram of a field buffer that can be managed in accordance with the present invention.
6 is a diagram showing the interconnection of the motor control device of FIG. 1 with a horizontal synchronizing signal and a color wheel motor. FIG.
7 is a diagram showing a drive signal generated by the motor control device of FIG. 6 and a substantially constant phase relationship with the position of the color wheel.
[Explanation of symbols]
10 Projection display device
11 Signal interface device
12 Signal processing equipment
13 Display electronics
13a Data formatter
13b frame memory
14a, 14b Color wheel
15 Control device
15a Pointer control device
15b Motor control device
16a electric motor
60 oscillator
61 counter
65 Control device

Claims (2)

選定された部分からのデータを与えられた瞬間に読み出すことができるように、空間光変調器（ＳＬＭ）により表示されるべきカラーのおのおのを表すデータを記憶するために別々にアドレスで呼び出すことが可能な部分を有するメモリと、
データが読み出されるべきフレーム・メモリの中のアドレスを表す読み出しポインタを発生するため、および、前記ＳＬＭに対しカラー・ホイールの現在位置を指示するカラー・ホイール電動機からのフィードバック信号に応答して前記アドレスおよび読み出しのタイミングを決定するための、ポインタ制御装置と、そして
前記ＳＬＭが利用できるデータと前記ＳＬＭに対する前記カラー・ホイールの位置との間にカラー位相関係に変化が生じた後にメモリに書き込まれる追加的なデータを格納するための書き込みオーバフロー部と、を有する、前記ＳＬＭと電動機で駆動される前記カラー・ホイールとを用いたビデオ表示装置のためのメモリ。Recall by address separately to store data representing each of the colors to be displayed by the spatial light modulator (SLM) so that data from the selected portion can be read at a given moment A memory with possible parts;
The address to generate a read pointer representing the address in the frame memory from which data is to be read and in response to a feedback signal from a color wheel motor indicating the current position of the color wheel to the SLM And a pointer controller for determining the timing of reading, and
A write overflow unit for storing additional data to be written to memory after a change in color phase relationship occurs between data available to the SLM and the position of the color wheel relative to the SLM; Memory for a video display device using the SLM and the color wheel driven by an electric motor. メモリの中にデータを記憶する段階と、
空間光変調器（ＳＬＭ）に対するカラー・ホイールのカラー境界の位置を検出する段階と、
前記カラー・ホイールの前記カラーが前記ＳＬＭの正面にある時に、前記カラー・ホイールの前記境界に続くカラーを表すデータが前記メモリから読み出されるように、前記カラー境界の位置の検出に応じて、メモリ中のアドレスを表す読み出しポインタを発生する段階と、
前記ＳＬＭが利用できるデータと前記カラー・ホイールの位置との間のカラー位相関係の変化に応じて、前記メモリの書き込みオーバフロー部にＳＬＭに対する追加的なデータを書き込む段階と、そして
前記変化後に前記カラー境界の位置の検出に応じて、メモリ中のアドレスを表す読み出しポインタを発生する段階と、を有する、前記ＳＬＭと電動機で駆動された前記カラー・ホイールとを用いたビデオ表示装置のフレーム・メモリを管理する方法。Storing data in memory;
Detecting the position of a color wheel color boundary relative to a spatial light modulator (SLM);
In response to detection of the position of the color boundary , so that data representing the color following the boundary of the color wheel is read from the memory when the color of the color wheel is in front of the SLM. Generating a read pointer that represents the address within ;
Writing additional data for the SLM to the write overflow portion of the memory in response to a change in color phase relationship between the data available to the SLM and the position of the color wheel; and
Generating a read pointer representing an address in a memory in response to detecting the position of the color boundary after the change , and using the SLM and the color wheel driven by an electric motor. To manage your frame memory.

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