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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Bildanzeigevorrichtung, und insbesondere
bezieht sich diese Erfindung auf eine Bildanzeigevorrichtung mit mehr
als einem Modulator zur Modulation des Lichts und auf Steuereinrichtungen
zur Steuerung der Operation der Modulatoren, so daß der Dynamikbereich der
Bildanzeigevorrichtung verbessert wird. Der Kontrast kann ebenfalls
verbessert werden.
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Es
ist bekannt, daß durch
die Verwendung eines ersten Modulators und eines zweiten Modulators,
um Bildelemente eines Bildes in der Bildanzeigevorrichtung zu modulieren,
der Kontrastbereich des projizierten Bildes als Resultat dessen
erweitert werden kann, daß die
endliche minimale Bildhelligkeit über dem echten Schwarz reduziert
wird.
GB 2317290 zeigt,
wie der Kontrast einer Bildanzeigevorrichtung verbessert werden
kann, und beschreibt Ausführungsformen,
die zeigen, wie die Kontrastverbesserungen erzielt werden können. Obwohl
dieses bekannte Verfahren den Kontrast einer Bildanzeigevorrichtung
erhöhen
kann, hat diese Technik einige Einschränkungen.
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Wenn
monochromatische Modulatoren verwendet werden, um das Licht in der
Bildanzeigevorrichtung zu modulieren, dann wird ein erster Modulator
benötigt,
um rotes Licht zu modulieren, ein zweiter Modulator wird benötigt, um
grünes
Licht zu modulieren, und ein dritter Modulator wird benötigt, um
blaues Licht zu modulieren. Wenn das bekannte Verfahren zum Verbessern
des Kontrasts und des Dynamikbereichs in der Bildanzeigevorrichtung
verwendet wird, dann würde
jeder der roten, grünen
und blauen Modulatoren einen zweiten Modulator benötigen. In dieser
Anordnung würden
insgesamt sechs Modulatoren benötigt,
um den Kontrast zu verbessern. Dies wäre sowohl kostspielig als auch
schwierig herzustellen. Die Kosten wären infolge der Anzahl der
benötigten
Modulatoren und auch infolge der komplexen optischen Komponenten
beträchtlich,
die erstens benötigt
werden, um den ersten Modulator für jede der drei Farben auf
den zweiten Modulator für
dieselbe Farbe abzubilden, und dann das modulierte Licht zu einem einzelnen
Bild zu kombinieren, das durch eine Projektionsoptik auf die Projektionsfläche projiziert
wird. Dies wäre
sowohl für
Reflexions- als auch Transmissionslichtmodulatoren der Fall.
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Alternativ
kann ein Vollfarbmodulator verwendet werden, um Licht in einer Bildanzeigevorrichtung
zu modulieren. Transmissionsvollfarbmodulatoren weisen eine Anordnung
von roten, grünen
und blauen Pixeln auf. Diese sind in der Regel verglichen mit monochromen
Modulatoren groß,
und wenn sie in der Bildanzeigevorrichtung verwendet werden, leiden sich
unter einer ihnen eigenen und dauerhaften Fehlkonvergenz. Es ist
daher sehr schwierig, optisch einen Vollfarbmodulator auf einen
zweiten Vollfarbmodulator abzubilden, so daß die Pixel-auf-Pixel-Ausrichtung
ausreichend genau ist, um einen niedrigen Lichtverlust und einen
verbesserten Kontrast zu erzielen.
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Einzelne
monochrome Modulatoren können auch
mit einer sequentiellen Farbbeleuchtung verwendet werden, um ein
Vollfarbbild zu erzeugen. Jedoch kann dieser Typ einer sequentiellen
Farbbeleuchtung zeitliche Artefakte erzeugen, die nicht reduziert
würden,
wenn ein zweiter Modulator verwendet würde.
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WO
01/19021 offenbar ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Bildes, das eine erwünschte
Helligkeit aufweist. Das Bild wird mittels einer Vorrichtung erzeugt,
die mit mindestens einer Lichtquelle, mindestens einer elektro-optischen Lichtmodulationsplatte
und mindestens einer Lichtsteuervorrichtung versehen ist. Das Licht
aus der Lichtquelle wird über
mindestens die elektro-optische Lichtmodulationsplatte und die Lichtsteuervorrichtung
in ein Bild mit einer erwünschten
Helligkeit umgewandelt.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Probleme
zu vermeiden und zu reduzieren und deutliche Vorteile gegenüber den
bekannten Verfahren zum Verbessern des Dynamikbereichs einer Bildanzeigevorrichtung
zu zeigen, indem der Verlust durch die Modulatoren reduziert wird,
die verwendet werden, um Licht in der Bildanzeigevorrichtung zu
modulieren.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung eine Bildanzeigevorrichtung bereit,
die aufweist: eine Projektoreinrichtung, optische Einrichtungen
zur Aufspaltung von einfallendem Licht, einen ersten Modulator zur
Modulation von rotem Licht, einen zweiten Modulator zur Modulation
von grünem
Licht, einen dritten Modulator zur Modulation von blauem Licht, eine
optische Einrichtung zur Wiedervereinigung des modulierten raten,
grünen
und blauen Lichts, einen vierten Modulator zur Modulation des vereinigten
modulierten roten Lichts, grünen
Lichts und blauen Lichts, und Steuereinrichtungen zur Steuerung
der Operation der ersten, zweiten, dritten und vierten Modulatoren,
so daß der
Dynamikbereich der Bildanzeigevorrichtung verbessert wird, wobei
die Steuereinrichtungen Farbtreiberschaltungseinrichtungen umfassen,
und die Bildanzeigevorrichtung gekennzeichnet ist durch:
Einrichtungen
zur Anwendung einer vorgegebenen Funktion auf jedes der Grundfarbenvideosignale;
eine
Auswahleinrichtung zum Vergleichen der Ausgaben aus den Einrichtungen
zur Anwendung einer vorgegebenen Funktion und Auswählen des
maßgeblichen
Signals;
eine erste Einrichtung zum Anlegen des maßgeblichen
Signals an den vierten Modulator;
zweite Einrichtungen zur
Anwendung einer Umkehrfunktion der vorgegebenen Funktion auf das
maßgebliche
Signal;
Multipliziereinrichtungen zum Multiplizieren der Grundfarbenvideosignale
mit den Signalen, die aus den zweiten Einrichtungen ausgegeben werden;
und
dritte Einrichtungen zum Anlegen der Ausgabe der Multipliziereinrichtungen
an die ersten, zweiten und dritten Modulatoren.
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Die
Bildanzeigevorrichtung kann eine sein, in der die Steuereinrichtungen
so gestaltet sind, daß der
erste Modulator, der zweite Modulator und der dritte Modulator als
Funktion der roten, grünen
und blauen Videosignale gesteuert werden, und der vierte Modulator
als Funktion der roten, grünen
und blauen Videosignale an die ersten, zweiten und dritten Modulatoren
gesteuert werden.
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Die
Vorrichtung kann eine sein, in der die Steuereinrichtungen so gestaltet
sind, daß der
erste Modulator, der zweite Modulator und der dritte Modulator als
Funktion des stärksten
Videosignals der roten, grünen
und blauen Videosignale gesteuert werden, und der vierte Modulator
als Funktion des stärksten
Videosignals der roten, grünen
und blauen Videoeingaben in den ersten roten Modulator, zweiten
grünen
Modulator und dritten blauen Modulator gesteuert wird.
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Die
optischen Einrichtungen zur Aufspaltung des Lichts können einen
oder mehrere Strahlteiler aufweisen.
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Die
optischen Einrichtungen zur Aufspaltung des Lichts, und die optische
Einrichtung zur Wiedervereinigung des Lichts können alle Teil einer einzigen optischen
Einrichtung sein.
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Die
Modulatoren zur Modulation von Licht können alle vom selben Typ sein.
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Die
Modulatoren können
alle Reflexionsmodulatoren zur Modulation von Licht sein.
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Die
Modulatoren zur Modulation von Licht können Modulatoren mit einem
Flüssigkristall
auf Silizium zur Modulation von Licht sein.
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Alternativ
können
die Modulatoren alle Durchlaßmodulatoren
zur Modulation von Licht sein. Die Modulatoren können einer oder mehrere unterschiedliche
Typen von Modulatoren zur Modulation von Licht sein.
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Es
wird nun eine Ausführungsform
der Erfindung lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
bekannte Bildanzeigevorrichtung, die einen ersten Modulator zur
Modulation von rotem Licht, einen zweiten Modulator zur Modulation
von grünem
Licht, einen dritten Modulator zur Modulation von blauem Licht und
optische Einrichtungen zur Aufspaltung und Wiedervereinigung des
modulierten roten, grünen
und blauen Lichts verwendet;
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2 eine
Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem ersten
roten Modulator, einem zweiten grünen Modulator, einem dritten
blauen Modulator, optischen Einrichtungen zur Aufspaltung und Wiedervereinigung
des modulierten roten, grünen
und blauen Lichts, und einem vierten Modulator zur Modulation von
Licht; und
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3 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die den Prozeß und
die Steuerfunktion zur Steuerung der Operation des ersten roten
Modulators, zweiten grünen
Modulators, dritten blauen Modulators und vierten Modulators darstellt.
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen, zeigt 1 den optischen
Aufbau einer bekannten Bildanzeigevorrichtung 2, die einen
ersten Modulator 4, um grünes Licht zu modulieren, einen
zweiten Modulator 6, um rotes Licht zu modulieren, und
einen dritten Modulator 8 verwendet, um blaues Licht zu
modulieren. Das einfallende Licht, das die Modulatoren beleuchtet,
geht durch optische Elemente 10, 12, 14 und 16,
die als Farbwürfel
bekannt sind, wobei die optischen Elemente das einfallende Licht
in Rot, Grün
und Blau zerlegen und dann das modulierte rote, grüne und blaue
Licht wiedervereinigen. Eine Projektionsoptik 18 projiziert
dann das Bild auf eine Projektionsfläche.
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2 zeigt
eine Bildanzeigevorrichtung 20, wobei das Licht aus der
Quelle in die Kombination der optischen Elemente eintritt, die als
Farbwürfel
bekannt sind. Das Licht tritt in einen Polarisationsstrahlteilungswürfel 22 ein,
grünes
Licht geht durch einen Polarisationsstrahlteilungswürfel 24,
und rotes und blaues Licht wird zum Polarisationsstrahlteilungswürfel 26 reflektiert,
wo blaues Licht reflektiert und rotes Licht durchgelassen wird.
Grünes
Licht wird durch den Modulator 28 moduliert, rotes Licht wird
durch den Modulator 30 moduliert, und blaues Licht wird
durch den Modulator 32 moduliert. Die Modulatoren sind
in diesem Fall Anzeigetafeln mit einem Flüssigkristall auf Silizium (LCOS),
die eine auf Reflexionspolarisation beruhende Arbeitsweise aufweisen.
Moduliertes Licht aus jeder der Tafeln wird mit einer Polarisation
in die orthogonale Richtung reflektiert. Folglich wird grünes Licht,
das durch den grünen Modulator 28 moduliert
wird, durch den Polarisations strahlteilungswürfel 24 reflektiert,
rotes Licht, das durch den roten Modulator 30 moduliert
wird, wird durch den Polarisationsstrahlteilungswürfel 26 reflektiert,
und blaues Licht, das durch den blauen Modulator 32 moduliert
wird, wird nun durch den Polarisationsstrahlteilungswürfel 26 durchgelassen.
Das modulierte rote, grüne
und blaue Licht wird durch die Wirkung des Polarisationsstrahlteilungswürfels 34 wiedervereinigt.
Das modulierte Vollfarblicht wird über eine Zwischenlinse 36 zu
einem anderen Polarisationsstrahlteilungswürfel 38 weitergeleitet.
Das durch die Modulatoren 28, 30 und 32 gebildete
Bild wird über
eine Zwischenoptik 36 auf einen vierten Modulator 40 abgebildet.
Der Modulator 40 ist ebenfalls eine LCOS-Anzeigetafel,
die eine auf Reflexionspolarisation beruhende Arbeitsweise aufweist. Reflektiertes
Licht aus diesem Modulator wird dann durch den Polarisationsstrahlteilungswürfel 38 zur Projektionsoptik
reflektiert.
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Es
kann erkannt werden, daß diese
Erfindung viele Vorteile gegenüber
den bekannten Verfahren zum Verbessern des Kontrasts und zum Erhöhen des
Dynamikbereichs der Bildanzeigevorrichtung aufweist. Die Gesamtzahl
der verwendeten Modulatoren wird von der Anzahl reduziert, die benötigt wird, wenn
erste und zweite Modulatoren für
jede der Farben Rot, Grün
und Blau verwendet werden. Dies ist mit einer erheblichen Kosteneinsparung
verbunden. Die optische Einrichtung zur Trennung und Wiedervereinigung
der Beleuchtung, die als Farbwürfel
bekannt ist, hat die Wirkung, die Länge des Lichtweges für jede der
Farben Rot, Grün
und Blau beizubehalten, so daß sie
sich im wesentlichen in derselben Position im optischen System zu
befinden scheinen. Es stehen andere optische Einrichtungen zur Trennung der
Beleuchtung in rote, grüne
und blaue Komponenten zur Modulation durch einen roten Modulator,
einen grünen
Modulator und einen blauen Modulator und Wiedervereinigung des modulierten
Lichts, um eine Vollfarbbild zu bilden, zur Verfügung. Es können andere Projektorarchitekturen,
sowohl achsennah als auch achsenfern verwendet werden, die entweder
Reflexions- oder Transmissionstafeln verwenden. Die Pixel im roten
Modulator, grünen
Modulator und blauen Modulator werden daher miteinander überlagert.
Dies überwindet
Probleme, die verursacht werden, wenn ein Vollfarbmodulator mit
roten, grünen
und blauen Pixeln verwendet wird, die in einer Anordnung angeordnet
sind. Da der rote Modulator, grüne
Modulator und blaue Modulator sich an derselben Position zu befinden
scheinen, wird die Fehlkonvergenz reduziert. Das optische System,
das das modulierte Bild aus den roten, grünen und blauen Modulatoren
und ihrer optischen Farbwürfelanordnung durchläßt, weist
eine einfache Zwischenoptik 36 und einen Strahlteilungswürfel 38 auf.
Dies ist ein sehr viel weniger kompliziertes System als es erforderlich wäre, wenn
die ersten und zweiten Modulatoren für jede der drei Farben Rot,
Grün und
Blau verwendet würden.
Außerdem
wird keine sequentielle Farbbeleuchtung verwendet, wodurch alle
zeitlichen Artefakte vermieden werden, die aus diese Art Beleuchtung
entstechen können,
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3 zeigt
schematisch die Steuereinrichtungen zur Steuerung der Operation
des ersten roten Modulators, des zweiten grünen Modulators, des dritten
blauen Modulators und des vierten Modulators.
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4 zeigt
schematisch die Funktion des Algorithmus und des Verfahrens zur
Steuerung der Operation des ersten roten Modulators, des zweiten grünen Modulators,
des dritten blauen Modulators und des vierten Modulators von den
Videodateneingängen.
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5 zeigt
eine graphische Darstellung mit einer Gammakorrekturentfernungsfunktion,
die auf die Videodateneingabe angewendet werden kann. Es können andere
Gammakorrekturentfernungsfunktionen angewendet werden.
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6 zeigt
eine graphische Darstellung der Ausgabe an den vierten Modulator.
Die graphische Darstellung zeigt die Reaktion, wenn eine Gammakorrekturentfernungsfunktion
und die Funktion auf die Videodateneingabe angewendet werden. In
diesem Fall ist die angewendete Funktion eine Quadratwurzelfunktion,
jedoch können
andere Funktionen angewendet werden.
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7 zeigt
die Umkehrfunktionen, die auf die Multiplizierer für den roten
Modulator, grünen
Modulator und blauen Modulator angewendet werden.
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8 zeigt
eine graphische Darstellung der Lichtabgabe als Funktion der Videoeingabe
für eine Bilderzeugungseinrichtung
mit und ohne den vierten Modulator, und demonstriert, daß der Schwarzpegel gesenkt
wird.
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Nun
auf 3 bezugnehmend, werden Nachschlagetabellen (LUTs)
verwendet, um eine Signalverarbeitung und mathematische Funktionen
an den Videodateneingaben auszuführen.
Es könnten zu
LUTs alternative Steuereinrichtungen verwendet werden, wie Funktionen,
die in digitalen Logikvorrichtungen ausgeführt werden, jedoch werden LUTs
aufgrund ihrer Flexibilität
in dieser Ausführungsform
bevorzugt.
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Das
rote, grüne
und blaue Video wird anfänglich
in zwei Sätze
von Nachschlagetabellen eingegeben. Die LUT 42 stellt jedes
Gamma ein, das in der roten Videoeingabe vorhanden ist, die LUT 44 stellt
jedes Gamma ein, das in der grünen
Videoeingabe vorhanden ist, und die LUT 46 stellt jedes
Gamma ein, das in der blauen Videoeingabe vorhanden ist. Indem auf
diese Weise auf die Gammacharakteristik hin eingestellt wird, sind
die roten, grünen
und blauen Videoausgaben aus den LUTs im wesentlichen lineare Anforderungssignale
für die
jeweiligen Lichtausgänge.
Es könnten
stattdessen nichtlineare Anforderungen erzeugt werden, wenn die
Eigenschaften der Anzeigetafeln besser ausgenutzt werden können, jedoch
werden in dieser Ausführungsform
zur Einfachheit und Vorhersagbarkeit der Funktion lineare Anforderungssignale
verwendet.
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Die
LUT 48 stellt jede Gammakorrektur ein, die in der roten
Videoeingabe vorhanden ist, und wendet außerdem eine Funktion auf die
gammakorrigierte Eingabe an. Die LUT 50 stellt jede Gammakorrektur
ein, die in der grünen
Videoeingabe vorhanden ist, und wendet außerdem eine Funktion auf die
gammakorrigierte Eingabe an. Die LUT 52 stellt jede Gammakorrektur
ein, die in der blauen Videoeingabe vorhanden ist, und wendet außerdem eine
Funktion auf die gammakorrigierte Eingabe an. Die Ausgaben aus den
LUTs 48, 50, und 52 werden durch eine
Auswahleinrichtung 54 verglichen, und das maßgebliche Signal
wird ausgewählt.
Dieses maßgebliche
Signal betreibt über
eine Zeitverzögerungseinrichtung 56 den
vierten Modulator, wobei die Zeitverzögerung eingeführt wird,
um die Synchronisation der Daten an die Anzeigetafeln sicherzustellen.
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Das
maßgebliche
Signal wird auch an die LUTs 60, 62 und 64 ausgegeben.
Die LUT 60 bestimmt die Ausgabe an die Multipliziereinrichtung 66 für den roten
Modulator als die Umkehrfunktion der Treiberfunktion, die auf die
vierte Tafel angewendet wird. Die LUT 62 bestimmt die Ausgabe
an die Multipliziereinrichtung 68 für den grünen Modulator als die Umkehrfunktion
der Treiberfunktion, die auf die vierte Tafel angewendet wird. Die
LUT 64 bestimmt die Ausgabe an die Multipliziereinrichtung 70 für den blauen
Modulator als die Umkehrfunktion der Treiberfunktion, die auf die
vierte Tafel angewendet wird.
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Die
Multipliziereinrichtung 66 wendet eine Multiplikation auf
die rote lineare Ausgabe aus der LUT 42 an, die Multipliziereinrichtung 68 wendet
eine Multiplikation auf die blaue lineare Ausgabe aus der LUT 44 an,
und die Multipliziereinrichtung 70 wendet eine Multiplikation
auf die grüne
lineare Ausgabe aus der LUT 46 an. Die rote Ausgabe aus
der Multiplikationseinrichtung 66 wird in der LUT 72 einer
Farbverschiebungskorrektur unterzogen, und es wird in der LUT 78 auf
sie jede notwendige Gammakorrektur angewendet, bevor sie den roten
Modulator betreibt. Die grüne
Ausgabe aus der Multiplikationseinrichtung 68 wird in der
LUT 74 einer Farbverschiebungskorrektur unterzogen, und
es wird in der LUT 80 auf sie jede notwendige Gammakorrektur
angewendet, bevor sie den grünen
Modulator betreibt. Die blaue Ausgabe aus der Multiplikationseinrichtung 70 wird
in der LUT 76 einer Farbverschiebungskorrektur unterzogen,
und es wird in der LUT 82 auf sie jede notwendige Gammakorrektur
angewendet, bevor sie den blauen Modulator betreibt. 3 zeigt,
daß der
rote Multiplizierer 66 an die grüne Farbverschiebungs-LUT 74 und
blaue Farbverschiebungs-LUT 76 ausgibt, der grüne Multiplizierer 68 an
die rote Farbverschiebungs-LUT 72 und blaue Farbverschiebungs-LUT 76 ausgibt,
und der blaue Multiplizierer 70 an die rote Farbverschiebungs-LUT 72 und
die grüne
Farbverschiebungs-LUT 74 ausgibt. Dies ermöglicht die
Mischung der Eingaben, um eine effektive Verschiebung der Farbpunkte
zu ermöglichen, falls
erwünscht.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform
zeigen die Modulatoren im wesentlichen eine lineare Charakteristik,
wodurch die Lichtabgabe eine lineare Funktion der Anforderungseingangssignale
ist. Dies kann durch eine geeignete Linearisierung in den Treibersignalen
an den Modulator erreicht werden, falls notwendig. Wenn nichtlineare
Charakteristiken zutreffen, kann die Signalverarbeitung angepaßt werden,
um dies zu korrigieren.
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Ein
Beispiel der Funktion, die auf die Eingaben in die LUTs 48, 50 und 52 angewendet
wird, ist es, die Quadratwurzel der Eingabe zu ziehen. Es können andere
Funktionen auf die Eingaben angewendet werden.
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Wenn
daher die roten, grünen
und blauen gammakorrigierten Eingaben R, G bzw. B sind, und wenn
die Quadratwurzelfunktion angewendet wird und √R > √G > √B, wird die maßgebliche
Funktion, die durch die Auswahleinrichtung 54 ausgewählt wird, √R sein.
Der vierte Modulator wird daher über die
Zeitverzögerungseinrichtung 56 mit
dieser Eingabe betrieben. Es kann erkannt werden, daß dann, wenn
die LUT 60 die Umkehrfunktion über die Multipliziereinrichtung 66 auf
die rote Eingabe in den roten Modulator anwendet, der rote Modulator
mit einem Wert von R/√R
betrieben wird, der ebenfalls √R
ist.
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Es
kann dann gezeigt werden, daß wenn
die rote Tafel durch eine √R-Funktion
betrieben wird und die vierte Tafel durch eine √R-Funktion betrieben wird,
und die Tafeln selbst eine lineare Charakteristik zeigen, die Nettowirkung
aus dem linearen roten Anforderungssignal auf die optische Funktion
R ist, was folglich die erwünschte
Funktion ist.
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Die
Auswahl und Modulation werden auf eine Einzelpixelebene ausgeführt. Obwohl
die gezeigte Funktion, die auf die Eingabe in die LUTs 48, 50 und 52 angewendet
wird, eine Quadratwurzel funktion ist, können auch andere Funktionen
verwendet werden, wobei die Umkehrfunktion dieser Funktion in den LUTs 60, 62 und 64 angewendet
wird.
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Das
Verfahren zum Steuern der Operation der ersten, zweiten und dritten
Modulatoren und des vierten Modulators bildet einen Schlüsselteil
der vorliegenden Erfindung.
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Das
beschriebene Verfahren kann verwendet werden, um den Dynamikbereich
der Bildanzeigevorrichtung zu erhöhen, während unerwünschte Zwischenfarbeffekte
vermieden werden.
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Es
ist zu erkennen, daß die
Ausführungsformen
der Erfindung, die oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben
werden, nur beispielhaft angegeben worden sind und daß Modifikationen
ausgeführt
werden können.