NL1001925C2 - Beeldprojectiesysteem. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Beeldprojectiesysteem.

De uitvinding heeft betrekking op beeldprojectiesys-temen. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op systemen voor het op een groot scherm projecteren van elektronisch beschreven dynamische afbeeldingen.

5 Vele toepassingen vereisen dat elektronisch beschreven beelden op grote schermen worden geprojecteerd met een grote helderheid, hoge resolutie en volledig in kleur. Verscheidene voor dit doel gebruikte technieken zijn bekend en omvatten: 1) kathodestraalbuizen, 2) in een actieve matrix geplaatste, 10 met vloeibare kristallen werkende lichtventielen, 3) met licht geactiveerde, met vloeibare kristallen werkende lichtventielen en 4) lichtventielen, die werken door het afbuigen van delen van het op hen invallende licht, zoals de Digital Micromirror Device.

15 Kathodestraalbuisinrichtingen zijn het meest bekend en het meest gangbaar. Deze inrichtingen worden voor talrijke toepassingen gebruikt, omvattende televisiebeeldschermen en computermonitors. Een kathodestraalbuis kan worden beschreven als bestaande uit een elektronenkanon voor het produceren van 20 een bundel elektronen, focusseer- en afbuigschakelingen om de elektronen te richten op een reeks van punten op zijn front-plaat, en een luminescerend frontplaatscherro. De botsing van de elektronen met de moleculen van het luminescerende materiaal in het scherm genereert fotonen. Een beeld wordt gevormd 25 door het op elektronische wijze besturen van het aantal elektronen dat op elk punt op het scherm over een gegeven tijdsperiode valt.

Voor kleurtoepassingen, waarin het scherm direkt kan worden waargenomen, zijn in het algemeen drie elektronen-30 kanonen samengevoegd in één kathodestraalbuis op een zodanige wijze, dat de van elk kanon afkomstige elektronen alleen het luminescerende materiaal van de kleur geassocieerd met zijn bijdrage aan het beeld, rood, groen of blauw, treffen. Voor toepassingen, die een grote lichtstroom vereisen om een hoge 35 helderheid op een groot scherm te verkrijgen, worden in het 1001925 2 algemeen drie kathodestraalbuizen gebruikt teneinde de beschikbare helderheid tot een maximum te brengen. Er bestaat echter nog steeds een grens aan de te bereiken maximale helderheid, aangezien de intensiteit van de elektronenbundel 5 niet voorbij het punt, waarbij de luminescerende schermen worden beschadigd, kan worden vergroot. Met lichtventielen werkende projectoren gebruiken een ruimtelijke lichtmodulator om ruimte- en tijdsmodulatie te verschaffen aan van een hoge-intensiteitsbron afkomstig licht. In een met vloeibare 10 kristallen werkend lichtventiel wordt de over het vloeibaar-kristalmateriaal aangelegde elektrische spanning in het algemeen gebruikt om de polarisatie van het optische golffront van de lichtbron te moduleren, en door het vervolgens leiden van het gemoduleerde licht door een andere polarisa-15 tor, dikwijls een analysator genoemd, kan men een lichtbundel verkrijgen, waarvan de intensiteit gerelateerd is aan de aangelegde elektrische spanning. In andere lichtventielen worden kantelende spiegels of andere mechanische middelen gebruikt om te 20 regelen dat het van de lamp afkomstige licht al dan niet door een apertuurstop wordt doorgelaten naar het scherm.

In met vloeibare kristallen werkende lichtventielen wordt de over een dunne film van vloeibaar kristalmate-riaal aangelegde elektrische spanning ruimtelijk en in tijd gemodu-25 leerd teneinde de optische eigenschappen van het vloeibare kristalmateriaal als een functie van zijn plaats op een gegeven moment in de tijd te wijzigen. In een actieve-matrix, met vloeibare kristallen werkend lichtventiel, het meest geëigende type van een met vloeibare kristallen werkende 30 beeldweergave op dit moment, worden rij- en kolomelektroden gebruikt om de elektrische signalen naar de juiste plaats op het gewenste moment in de tijd te kanaliseren. In een met licht geactiveerd lichtventiel (soms bekend als een beeldlichtversterker) , een 35 uitdrukkelijk voor projectietoepassingen ontworpen inrichting, wordt het beeld op het luminescerende scherm van een CRT herafgebeeld op een fotogeleider, die op zijn beurt 1001925 3 de over de film van vloeibaar kristalmateriaal aangelegde elektrische spanning bestuurt. Met vloeibaar kristal werkende lichtventielprojectoren zijn echter complex om te vervaardigen en de analoge aard van het lichtmodulatieproces maakt het 5 moeilijk om een sterke ruimte- en tijdsuniformiteit te verkrijgen.

Verscheidene groepen onderzoekers hebben voorgesteld om een door middel van micromachinale bewerking op een silicium geïntegreerde schakeling gebouwde inrichting als een licht-10 ventiel te gebruiken. Eén voorbeeld van een dergelijke inrichting is de Digital Micromirror Device (DMD) . In één uitvoeringsvorm bestaat de DMD uit een complementaire metaaloxide halfgeleider (CMOS) statisch willekeurig toegankelijk geheugen (RAM) chip met een reeks van op het 15 oppervlak van de chip op een zodanige wijze gemonteerde spiegels, dat er een één-bij-één relatie tussen elke geheu-gencel en een spiegel bestaat. Elke spiegel heeft een defor-meerbare montage, zodat de spiegel naar één uit twee stabiele posities kan worden gekanteld, afhankelijk van de in de 20 corresponderende geheugencel opgeslagen gegevens. In bijvoorbeeld de "aan" positie wordt een spiegel gekanteld teneinde het op de reeks invallende licht door een uiterst kleine opening door te laten voor projectie op een scherm. In de "uit" positie wordt de spiegel niet gekanteld en het inval-25 lende licht wordt van de projectie-opening weg gereflecteerd. Door het als een functie van de tijd programmeren van de kanteling van elke spiegel in de reeks van spiegels kan daardoor een ruimte- en tijdsmodulatie worden verschaft aan de anderzijds van de lichtbron afkomstige uniforme belich-30 ting. Met een geschikte lens kan het door de reeks van spiegels gereflecteerde licht worden gefocusseerd op een scherm voor waarneming.

Zoals andere inrichtingen van zijn klasse is de DMD digitaal, waarbij elke cel zich ofwel in de "aan" of in de 35 "uit" positie bevindt. Zodoende diende een systeem te worden ontwikkeld om de voor het creëren van kwaliteitsafbeeldingen vereiste grijsschaal te produceren. Grijsschaal-beeldprojec- 1001925 4 tie in deze inrichtingen wordt op dit moment bewerkstelligd door het variëren van de tijdsduur gedurende welke de spiegel gekanteld is. In het bijzonder gebruikt de DMD een bitsequen-tiële werkwijze voor het afbeelden van de grijsschaal. De 5 gegevens voor het meest significante bit worden afgeheeld door het kantelen van de spiegel gedurende de helft van de totale rastertijd, het tweede meest significante bit wordt afgebeeld gedurende 1/4 van de totale rastertijd, enz. Voor een systeem, dat een acht bit digitaal woord gebruikt om 10 videogegevens op elk pixel weer te geven, als elk bit onmiddellijk geschreven wordt voordat het wordt weergegeven, varieert aldus de voor het schrijven van elk bit beschikbare tijd nominaal van 1/2 raster tot 1/256 [of l/(28)] raster, veronderstellende een 8-bit video, hetgeen zeven stappen in 15 aanvulling op volledig "aan" en "uit" geeft.

In een recent artikel van Claud Tew et al., getiteld "Electron Control of a Digital Micromirror Device for Projection Displays", gepubliceerd in de 1994 uitgave van IEEE International Solid-State Circuits Conference, blz. 130-131, 20 worden ten minste twee verschillende ontwerpen voor Digital Micromirror Devices beschreven. Beide ontwerpen betreffen echter puls-breedte modulatie uitgevoerd door het snel heen en weer klappen van de spiegels om grijsschaal beelden te verkrijgen, welke beelden gebieden blijken te hebben, waarvan 25 de helderheid ligt tussen zwart en wit. De beeldhelderheid wordt geregeld door middel van de tijdsperiode gedurende welke de spiegel voor een gegeven eenheidscel of pixel zich in de "aan" positie bevindt. In een 8-bit systeemuitvoering, is de vereiste kortste veldperiode nominaal 1/256 maal de 30 rasterperiode. Gedurende deze tijdsperiode dient het systeem in staat te zijn om de gegevens voor het volgende bitveld te schrijven (anderzijds zal de DMD niet gereed zijn om van toestand te veranderen, wanneer dat vereist is) . Met een typerende rastersnelheid van l/60ste van een seconde (consistent 35 met US TV standaard), kan het zwakste bit aan zijn gedurende niet langer dan 1/256 maal l/60ste van een seconde. Dit levert snelheidsproblemen op, die worden verergerd in grotere 1001925 5 matrices, waarin mogelijkerwijs 180 lijnen van 1920 pixels (een voorgestelde HDTV standaard) geadresseerd dienen te worden tijdens elk veld. Kleur kan worden weergegeven door het gebruiken van drie DMDs, één voor elke primaire kleur, of 5 door het gebruiken van één inrichting, die de drie kleuren achtereenvolgens levert. De laatste aanpak is minder kostbaar en aldus meer gewenst, maar verergert verder het snelheids-probleem door te vereisen, dat alles driemaal sneller dient te werken.

10 Er bestaat zodoende behoefte aan een goedkoop systeem en techniek voor het weergeven van elektronisch beschreven beelden, mogelijkerwijs met een grote helderheid (bijvoorbeeld 5000 lumen), op een groot scherm. In het bijzonder bestaat er behoefte aan een goedkoop systeem en techniek voor 15 het weergeven van elektronische beelden van variërende intensiteit in kleur.

Aan deze behoefte wordt tegemoet gekomen door de uitvinding, die in de meest algemene zin, een systeem en techniek verschaft voor het richten van in intensiteit 20 gemoduleerde elektromagnetische energie. De uitvinding bevat een in intensiteit gemoduleerde bron van elektromagnetische energie. Afzonderlijke elementen in een reeks van energie-richtende elementen worden geactiveerd synchroon met de modulatie van de energiebron.

25 In een bijzondere uitvoering is de bron een laser. De intensiteit van de laser wordt gereduceerd tijdens elk volgend veld per raster. De energie-richtende elementen, in dit geval licht-richtende elementen, worden gevormd door een reeks van digitale microspiegels. De lichtbron wordt in 30 intensiteit gemoduleerd volgens een vast modulatieschema. De spiegels worden selectief geactiveerd met betrekking tot het lichtbron modulatieschema. De uitvinding verschaft een grijsschaaluitgang, terwijl de tijd tussen spiegelomklappin-gen constant wordt gehouden. Dit maakt het voor de systeem-35 klokken mogelijk om synchroon te werken en vereenvoudigt sterk het schrijven van gegevens in de beeldweergave, aangezien de voor het schrijven van elk bit beschikbare tijd 1001925 6 constant is. De beeldweergave van de uitvinding ondervangt de behoefte van bekende systemen aan één van de buffergeheugens, vereist op elke pixelplaats, aangezien er geen behoefte is om meerdere bits in een bepaald pixel te schrijven.

5 Fig. 1 is een diagram van een illustratieve uitvoering van het beeldprojectiesysteem volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een schematisch aanzicht van een enkelvoudig pixel van een DMD chip.

Fig. 3a toont de DMD spiegelelementen in een "uit" 10 toestand.

Fig. 3b toont de DMD spiegelelementen in een "aan" toestand.

Fig. 4 is een blokschema van de elektrische schakeling van het beeldprojectiesysteem volgens de uitvinding.

15 Fig. 5(a)-(f) zijn tijdsdiagrammen van een typerend, op conventionele DMD gebaseerd beeldprojectiesysteem.

Fig. 6(a)-(f) zijn tijdsdiagrammen van een volgens de uitvinding geconstrueerde en werkende beeldweergave.

Fig. 7 toont de spiegeltoestand als een fractie van de 20 rastertijd volgens conventionele DMD spiegeltijdbepalingsme-thoden.

Fig. 8 toont de spiegeltoestand als een fractie van de rastertijd volgens de uitvinding.

Fig. 9 is een vereenvoudigd blokschema van een illu-25 stratieve uitvoering van een veldsequentiële kleuren beeldweergavesysteem, dat de uitvinding toepast.

Illustratieve uitvoeringsvormen en voorbeeldtoepas-singen zullen nu beschreven worden onder verwijzing naar de bijbehorende tekeningen, teneinde de voordelen van de uitvin-30 ding te openbaren.

Hoewel de uitvinding hierin wordt beschreven onder verwijzing naar illustratieve uitvoeringsvormen voor bepaalde toepassingen, zal het duidelijk zijn, dat de uitvinding daartoe niet beperkt is. De vakman zal aanvullende roodifica-35 ties, toepassingen en uitvoeringsvormen binnen de omvang van de uitvinding en aanvullende gebieden waarin de uitvinding van bijzondere toepasbaarheid kan zijn, onderkennen.

10 0 1 9 2 5 7

Fig. 1 is een diagram van een illustratieve uitvoering van het beeldprojectiesysteem volgens de uitvinding. Het systeem 10 bevat een lichtbron 12. De lichtbron 12 dient er een te zijn, die uniform de reeks van ruimtelijke lichtmodu-5 latoren kan belichten en waarvan de uitgang in intensiteit op een bekende en voorspelbare wijze kan worden gemoduleerd. Hoewel in de illustratieve uitvoering de lichtbron 12 wordt gevormd door een laser, kan de lichtbron door elke andere bron worden gevormd, die snel genoeg in intensiteit gemodu-10 leerd kan worden om grijsschaalcodering bij videorastersnel-heden uit te voeren. De uitgang van de laser wordt geëxpandeerd door lenzen 13 en 14 (of een alternatieve optische configuratie) teneinde de ruimtelijke lichtmodulator 15 volledig en uniform te belichten. In de voorkeursuitvoering 15 is de ruimtelijke lichtmodulator 15 een Digital Micromirror Device (DMD) of andere digitale lichtmodulator, zoals hierboven beschreven werd in de toelichting van de stand van de techniek. Hoewel de volgende toelichting een DMD lichtventiel veronderstelt, kan elke lichtmodulerende inrichting, die 20 grijsschaal genereert door middel van het afbuigen van licht in verschillende richtingen, zodat het licht ofwel passeert door een opening of niet passeert door de opening, worden gebruikt.

Zoals beschreven wordt in het hierboven genoemde 25 artikel, getiteld "Electronic Control of a Digital Micromirror Device for Projection Displays", bevatten de Digital Micromirror Devices een groot aantal miniatuur spiegels, opgehangen boven het substraat van een geïntegreerde schakelingschip. De kantelhoek van elke spiegel kan worden 30 bestuurd door een elektronisch signaal.

Fig. 2 is een schematisch aanzicht van een enkelvoudig pixel van een DMD chip. De DMD 15 bevat een spiegelelement 22, dat is opgehangen boven een substraat 24. In de weergegeven uitvoering wordt elk spiegelelement 22 ondersteund door 35 twee torsiescharnieren 28 en kolommen 26. Twee elektroden 30 en 32 leveren de elektromotorische krachten om de spiegel 22 rond de as van de torsiescharnieren te roteren. Om de spiegel 1001925 8 22 naar een gewenste positie te kantelen, worden echte en complementaire gegevens geleverd aan de twee elektroden 30 en 32. De resulterende elektrostatische kracht kantelt de spiegel naar de gewenste positie.

5 Fig. 3a en 3b zijn vergrote schematische dwarsdoor- snede-aanzichten van een sectie van de DMD 15. Fig. 3a toont de DMD spregelelementen in een "uit" toestand. Fig. 3b toont de DMD spiegelelementen in een "aan" toestand. Wanneer de DMD elementen zich in de "uit" toestand van fig. 3a bevinden, 10 wordt de lichtenergie teruggereflecteerd naar de bron 12. Wanneer de spiegelelementen zich in de "aan" toestand van fig. 3b bevinden, wordt het licht gereflecteerd onder een zodanige hoek, dat het licht wordt opgevangen door de lens 17 van fig. 1 en passeert door een opening of Schlieren stop 18 15 om door de lens 19 te worden geprojecteerd op het scherm. Typerend roteren de DMD beeldelementspiegels van +10° tot -10°. De optische kenmerken van de lenzen 17 en 19 worden gekozen om de DMD spiegelelementen te herafbeelden op het scherm 21. De rol van de Schlieren stop in deze toepassing is 20 analoog aan de analysator in een met vloeibare kristallen werkend lichtventiel; het zet de verandering van lichtrich-ting om in een verandering van lichtintensiteit.

Een tijdsbepaling- en stuurschakeling 20 specificeert en coördineert de veranderingen in de intensiteit van de 25 lichtbron 12 synchroon met de gegevensingangssignalen naar de DMD, zoals hieronder volledig wordt toegelicht. De tijdsbepaling- en stuurschakelingen bewerkstelligen de selectieve activering van de DMD elementen, zoals noodzakelijk is om de gewenste grijsschaalintensiteit voor elk pixel op het scherm 30 21 te verschaffen.

Fig. 4 is een blokschema van de elektrische schakeling 40 van het beeldprojectiesysteem volgens de uitvinding. De weergegeven uitvoeringsvorm voorziet erin, dat een analoog videosignaal wordt gedemultiplext door een videomultiplexer 35 50 in talrijke analoog-naar-digitaal (A/D) omzetters 48, bijvoorbeeld één voor elke kolom van de DMD. Een videover-sterkingsfactor en verschuivingsstuurschakeling 42 verschaft 10 0 1 9 2 5 9 de mogelijkheid van contrast- en helderheidsinstelling. (Wanneer de video beschikbaar is in digitaal formaat, kan de demultiplexwerking digitaal worden uitgevoerd en de A/D omzetters kunnen worden geëlimineerd.) Een raster van digita-5 le video-informatie wordt vervolgens opgeslagen in een reeks van serieel-naar-parallel omzetters 48 totdat er behoefte bestaat aan het besturen van de DMD. Kolomstuurinrichtingen 46 zijn aanwezig om te waarborgen dat een voldoende capaciteit beschikbaar is om de door de DMD 15 gerepresenteerde elektri-10 sche belasting te besturen. De rij-stuurinrichtingen 44 verschaffen signalen voor het sequentieel laden van elk veld van gegevens in de DMD 15. De gemoduleerde lichtbron 12 alsmede elk van de andere blokken, wordt bestuurd door de tijdsbepaling- en stuurschakelingen 20.

15 De weergegeven uitvoeringsvorm verschaft een reeks van parallel-naar-serieel omzetters om een geheel raster van videogegevens 48 op te slaan. De parallel-naar-serieel omzetters stellen het meest significante bit van elk video-woord in staat om te worden gebruikt teneinde het eerste veld 20 in het raster te besturen; stellen het volgende meest significante bit van elk videowoord in staat om te worden gebruikt teneinde het tweede veld in het raster te besturen, en enz. De tijdsbepaling- en stuurschakeling 20, parallel-naar-serieel omzetters 48, 25 versterkingsfactor- en verschuivingsschakelingen 42 en kolomstuurinrichtingen 46 kunnen worden gevormd door middel van microprocessors, poortreeksen of met discrete digitale of analoge schakelingen op een conventionele wijze. De functies kunnen zodanig worden onderverdeeld, dat sommige daarvan 30 kunnen worden vervaardigd als deel van de DMD.

Het elke spiegel op de DMD besturende basisgeheugen-element kan worden beschouwd als een eenvoudig flip-flop logisch element (niet weergegeven). Elke flip-flop heeft een ingang, die de toestand bepaalt, welke zal worden aangenomen 35 na de tweede van twee klokovergangen; één klokovergang laadt de nieuwe gegevens en de volgende (tegengestelde) klokovergang wijzigt de toestand van de flip-flop teneinde overeen te 1001925 10 komen met de nieuwe gegevens. Elke spiegel in de DMD reeks kantelt op een met de toestand van zijn bijbehorende flipflop overeenkomende wijze.

De rij-stuurinrichting 44 plaatst achtereenvolgens en 5 sequentieel een rij-inwerkingsstellingssignaal op elk van de rij-elektrodebussen van de DMD reeks. Alle flip-flops (niet weergegeven) in een rij van spiegelelementen (pixels) worden gelijktijdig met "aan" of "uit" instructies geladen afhankelijk van de toestand van hun corresponderende kolomstuurin-10 richting. Door het bijwerken van de op elke kolomelektrodebus gepresenteerde gegevens synchroon met het de rijen van de DMD doorlopende rij-inwerkingstellingssignaal, kunnen nieuwe gegevens geladen worden in de flip-flop behorend bij elk beeldelement (pixel), één rij tegelijk. Door het gelijktijdig 15 doen overgaan van alle rij-inwerkingstellingsbussen in de tegengestelde toestand, worden alle geladen gegevens getransporteerd in alle flip-flop geheugens op een één-op-één basis, en een elektronische representatie van een binair (zwart of wit) beeldveld wordt vertaald in een geprogrammeerd patroon 20 van spiegelposities en corresponderende heldere en donkere pixels. Het proces wordt herhaald, één veld voor elk video-bit, totdat alle velden in het raster zijn weergegeven. Het proces wordt elk raster herhaald, doch met de voor het creëren van de illusie van bewegende beelden vereiste varia-25 tie.

De voordelen van de uitvinding worden duidelijk wanneer de tijdsdiagrammen van fig. 5(a)-(f) en 6(a)-(f) met elkaar worden vergeleken. De fig. 5(a)-(f) en fig. 7 zijn tijdsdiagrammen van een typerend, op conventionele DMDs gebaseerd 30 beeldprojectiesysteem. Fig. 6(a)-(f) en fig. 8 zijn tijdsdiagrammen van een beeldweergave, geconstrueerd en werkend volgens de uitvinding. Elke figuur toont de tijdslijn van een enkel raster, bestaande uit verscheidene velden. Fig. 5(b) en 6(b) geven op kwantitatieve wijze de tijdsduur van elk veld 35 aan. Fig. 5(c) en 6(c) geven de momenten in de tijd aan waarop de spiegel vanuit één toestand in een andere kan overgaan. De fig. 5(d) en 6(d) geven de toestand van de 1001925 11 belichtingsmodulatie aan. De fig. 5(e) en 6(e) geven de tijd aan, die beschikbaar is om de nieuwe gegevens in de DMD reeks te laden, en de fig. 5(f) en 6(f) geven het moment aan waarop de nieuwe gegevens worden getransporteerd in de flip-flop van 5 de afzonderlijke pixels.

In het conventionele DMD beeldprojectiesysteem is de belichting constant en de laadtijden en spiegeltoestandsduur worden gedicteerd door de behoefte om de kortste veldduur te kunnen bevatten. Fig. 5(a)-(f) toont een dergelijk systeem 10 met zes (nul tot vijf) velden per raster; aangezien het aantal grijsniveaus (2 opgeteld bij (het aantal velden - 1)) bedraagt, zou dit systeem minder grijsniveaus hebben dan een volledig 8-bit systeem. Enkele DMD systemen zijn echter beperkt tot 6 bits als gevolg van de conventionele adresse-15 ringswijze, aangezien de 7de en 8ste bits nog kortere schrijftijden vereisen. Fig. 5 toont de tijd, die beschikbaar is om de nieuwe gegevens voor elk veld te laden onder de omstandigheid, dat het wordt ingesteld door de voor het laden van de gegevens voor het kortste veld beschikbare tijd.

20 Fig. 7 geeft de tijd aan, die beschikbaar is om de nieuwe gegevens voor elk veld te laden en suggereert dat de gegevenssnelheid mogelijkerwijs zou kunnen worden gereduceerd door het spreiden van de gegevenslaadtijd over meer dan een veld. In eerste benadering zou het verschaffen van extra 25 geheugen op elke beeldelementlokatie, zodat een ander veld kan worden opgeslagen binnen de reeks, de gegevenssnelheid kunnen halveren, doch de complexheid van de inrichting verdubbelen, hetgeen een ongewenst compromis is. De uitvinding verschaft een werkwijze voor het 30 reduceren van de gegevenssnelheid zonder het verhogen van de circuitcomplexheid van de reeks. Bovendien heeft de hierin beschreven werkwijze het bijkomende voordeel, dat het eenvoudig 8-bit videosystemen kan bevatten. Opgemerkt dient te worden, dat in een op conventionele wijze belichte DMD, de 35 gegevenssnelheden worden bestuurd door de voor het laden van de gegevens voor het kortste veld beschikbare tijd, tenzij de gegevens voor meerdere velden zijn opgeslagen in de reeks van 1001925 12 de DMD, aldus de complexheid van de DMD sterk vergrotend.

Wanneer in een conventioneel DMD beeldprojectiesysteem 8-bit videogegevens gepresenteerd dienen te worden, bedraagt het kortste veld 1/256 maal 1/60 sec. Wanneer bovendien het 5 monochrome beeld een 1000 lijnsresolutie dient te hebben, dan dient de rij-inwerkingstellingspuls korter te zijn dan 1/256 x 1/60 x 1/1000 ofwel 65 ns. Voor hetzelfde beeld in veldse-quentiële kleur, dient de rij-inwerkingsstellingspuls 3 x kleiner te zijn, een 45 Mhz kloksnelheid met een nominale 22 10 ns pulslengte. Om een puls te produceren, waarvan de stijgen valtijd kort zijn ten opzichte van zijn 22 ns duur, wordt een circuit met bandbreedte van 10 maal de inverse van de pulsbreedte vereist ofwel ruwweg 450 Mhz in dit voorbeeld. Het implementeren van schakelingen met een dergelijke capaci-15 teit over het met een beeldweergave-inrichting gewoonlijk geassocieerde grote oppervlak en veelheid van aansluitingen, zal ontegenzeggelijk nadelig uitwerken op de opbrengst en kosten.

Verwezen wordt nu naar fig. 6(a)-(f) en fig. 8, die een 20 rasterinterval zoals in fig. 5(a)-(f) en fig. 7 beschrijven, doch waarin de belichting is gemoduleerd en de veldperioden gelijkelijk verdeeld zijn. Volgens de uitvinding is de "aan" tijd van de lichtbron de enige variërende parameter, zoals weergegeven wordt in fig. 6(b), welke "aan" tijd met de helft 25 gereduceerd wordt voor elk opvolgend veld in elk raster. Volgens de uitvinding bedraagt de duur van de lichtpuls tijdens het eerste veld, weergegeven in fig. 6(d) de volle veldperiode; de duur tijdens het tweede veld, weergegeven in fig. 6(d), de helft van de veldperiode; en de duur wordt 30 wederom gehalveerd in elk daaropvolgend veld tot aan het begin van het volgende raster, waarbij het proces weer opnieuw begint. Wanneer het pixel een maximale helderheid dient te presenteren, bevindt het zich in de "aan" toestand voor alle velden. Wanneer het pixel de minimale niet-nul 35 helderheid dient te presenteren, bevindt het pixel zich alleen tijdens het veld waarin de lichtbronpuls van een minimum pulsbreedte is, in de "aan" toestand. Wanneer het 10 0 1 9 2 5 13 pixel een 50% grijsschaduw dient te presenteren, bevindt het zich in de "aan" toestand gedurende de ene veldperiode waarin de lichtbron zich eveneens in de "aan" toestand bevindt gedurende de volle periode. Alle andere grijsschaalniveaus 5 kunnen worden verkregen door geschikte combinaties van lichtpulsduren.

Merk op, dat voor het vereenvoudigen van deze illustratie, de som van de reeks: 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128, 1/256 werd opgevat als 1, doch deze som bedraagt 10 in feite 0,9960938. De helderheid van een pixel, dat gedurende alle acht velden in een acht-velden raster in de "aan" toestand is, bedraagt zodoende in werkelijkheid 255 maal de helderheid van de minimum niet-nul waarde. De tijdsduren van de lichtpulsen kunnen desgewenst enigszins worden bijgewerkt 15 om de helderheidsniveaus nauwkeurige binaire tijdsduurrelaties te doen hebben.

Zoals is weergegeven in fig. 8, is de voor het laden van nieuwe gegevens beschikbare tijd constant en gelijk aan 1/N van de rasterperiode, waarin "N" het voor grijsschaduwde-20 finitie gebruikte aantal bits is. In een systeem, waarin 8 bits worden gebruikt voor grijsschaduwdefinitie, is de voor het laden van nieuwe veldgegevens beschikbare tijd 16 maal langer bij de in fig. 8 weergegeven aanpak dan bij de in fig. 7 weergegeven aanpak. Het gevolg daarvan is, dat het in de 25 praktijk niet noodzakelijk behoeft te zijn om de gehele veldperiode te gebruiken voor het laden van de nieuwe gegevens, zoals is weergegeven in fig. 6(e).

Fig. 9 is een vereenvoudigd blokschema van een illustratieve uitvoering van een veld sequentiële kleur 30 beeldweergavesysteem, waarin de uitvinding wordt gebruikt. Zoals is weergegeven in fig. 9 bevat het systeem 100 eerste, tweede en derde lichtbronnen 102, 104 en 106. Ofwel licht- emitterende diodes (LEDs) of lasers kunnen worden toegepast.

In een op LEDs gebaseerd systeem, kan de eerste (rode) 35 lichtbron 102 worden gevormd door een commercieel verkrijgbare 5 mW licht-emitterende diode (LED). De tweede (groene) lichtbron 104 kan worden gevormd door een 1 milliwatt ZnSe/Z- 10 0 1 9 2 5 14 nTeSe LED in overeenstemming met de leer van D.B. Eason et al., in Electronic Letters 30, 1178 (1994). De derde (blauwe) lichtbron kan worden gevormd door een 2 mW InGaN/AlGaN LED, zoals beschreven wordt door S. Nakamura et al., Applied 5 Physics Letters 64, blz. 1687 (1994).

Bij gebruik van lasers, kan groen licht van 532 nm worden verkregen van een diode gepompte 1,06 μπι Nd:YAG laser, die in het nieuwe gebied verdubbeld wordt door een KTP kristal, zoals beschreven wordt door L.R. Marshall et al., in 10 Opties Letters 17, blz. 1110 (1992). Blauw licht kan worden verkregen door middel van het frequentieverdubbelen van een diode gepompte Nd: YAG laser van 946 nm of een InGaAs laser van 940 nm met een KNb03 kristal (E. Peik & H. Walther, Opties Letters 19, blz. 192 (1994) of L. Goldberg et al., 15 Electronics Letters, blz. 1296 (1994)). Rood licht van 633 nm kan worden verkregen van een AlInP/InGaP diodelaser (R.S. Geels et al., Electronics Letters, 28, blz. 1043 (1992) of H. Hamada et al., Electronics Letters, 27, blz. 662 (1991)). In het bijzonder kunnen 20 watts aan licht op dit moment worden verkregen door deze lasers, overeenkomend met meer dan 2000 lumen in totaal in een kleurensysteem.

Lichtbronnen (zoals lasers) dienen te worden gebruikt, die snel genoeg kunnen worden gemoduleerd, zodat hun over-25 gangstijden kort zijn in vergelijking met de smalste belich-tingspuls, ongeveer 22 μτα voor een 60 Hz, 8-bit veld-sequen-tieel kleurensysteem. De hierboven beschreven halfgeleider licht-emitterende diodes (LEDs) kunnen tot maximaal de RC-tijdsconstante worden gemoduleerd, welke constante voor 30 inrichtingen van typerende omvang ligt boven 100 MHz. De halfgeleider licht-emitterende diodes (LEDs) in de tweede beschrijving hierboven bevatten een diodelaser voor rood licht met een soortgelijke bovengrens. De groen en blauw laserbronnen brengen frequentieverdubbeling in kristallen of 35 holten met zich mee. Werkwijzen voor het verkrijgen van snelle modulatie in dergelijke holten werden besproken door W.J. Kozlosvky en W. Lenth (Opties Letters, vol. 19, blz.

1001925 15 195, 1994), door T. Senoh et al., (Appl. Phys. Lett., vol.

19, blz. 1172, 1992) en door L. Goldberg en D. Mehuys (Electronics Letters, vol. 30, blz. 1296, 1994).

Een ander alternatief voor het "aan" en "uit" schakelen 5 van de lichtbronnen gedurende met de verschillende bits corresponderende perioden is het variëren van de intensiteit van het licht. Door het licht de helft maal zo helder te maken voor het tweede bit, een kwart maal zo helder voor het derde bit, enz., kunnen zodoende de voordelen van de uitvin-10 ding ook worden verkregen.

Elk van de lichtbronnen wordt bestuurd door een LED stuurcircuit 108 met door een tijdsbepaling- en stuurcircuit 110 verschafte tijdbepalingssignalen. Het tijdsbepaling- en stuurcircuit 110 verschaft ook tijdsbepaling- en stuursigna-15 len aan een optioneel code-decodeercircuit (112), een optioneel beeld-decompressiecircuit 114, een veld-sequentieel rasteropslagcircuit 116, digitale vi- deostuurinrichtingen 118 en een beeldgenerator, zoals een DMD 120. De digitale videostuurinrichtingen 118 kunnen worden 20 uitgevoerd zoals in fig. 4 met meerdere rij-stuurinrichtingen 44, kolomstuurinrichtingen 46, parallel-naar-serieel omzet-ters 48 en videomultiplexers 50, teneinde het vereiste gerangschikte bitformaat te verschaffen.

De uitgang van de derde (blauwe) lichtbron 106 wordt 25 gereflecteerd door een optionele ombuigspiegel via een eerste dichroïsche bundelcombineerinrichting 124 naar een tweede dichroïsche bundelcombineerinrichting 126, waar de uitgang wordt gereflecteerd in de Schlieren Optica 128. De Schlieren Optica kan worden uitgevoerd zoals in fig. 1 met een lens 14 30 voor het collimeren van de belichting en een lens 17 voor het focusseren van het gereflecteerde licht op een opening 18. Op soortgelijke wijze wordt de uitgang van de tweede (groene) lichtbron 104 gereflecteerd naar de tweede dichroïsche spiegel 126 door de eerste dichroïsche spiegel 124. De tweede 35 dichroïsche spiegel 126 reflecteert het van de tweede bron afkomstige licht in de Schlieren Optica 128. Het van de eerste (rode) lichtbron 102 afkomstige licht wordt door de 1001925 16 tweede dichroïsche bundelsplitser direct doorgelaten naar de Schlieren Optica 128.

Het tijdsbespaling- en stuurcircuit 110 activeert selectief elk van de lichtbronnen 102, 104 en 106, en coördi-5 neert en synchroniseert tegelijkertijd het transport van gegevens in de DMD, zodat een enkelvoudige DMD grijsschaal en ruimtelijke modulatie kan verschaffen aan het door elk van de drie lichtbronnen opeenvolgend verschafte licht. Het door de DMD "aan" pixels gereflecteerde licht wordt, zoals hierin 10 werd besproken, door de Schlieren Optica doorgelaten naar de projectielens 130 voor herafbeelding op een scherm (niet weergegeven) op de hierboven toegelichte wijze. De uitvinding werd in het bovenstaande beschreven onder verwijzing naar een bijzondere uitvoeringsvorm voor een bepaalde toepassing. De 15 vakman zal aanvullende modificaties, toepassingen en uitvoeringsvormen binnen de omvang daarvan herkennen. Bijvoorbeeld is de uitvinding niet beperkt tot de modulatie van de spiegels met ingangsgegevens. Als alternatief of in aanvulling kan de modulatie van de lichtbron als respons op in-20 gangsgegevens plaatsvinden. De bijbehorende conclusies hebben daarom tot doel om alle dergelijke aanvullende toepassingen, modificaties en uitvoeringsvormen binnen de omvang van de uitvinding te bestrijken.

10 0 1 9 2 5

Claims (15)

1. Systeem voor het richten van elektromagnetische energie, gekenmerkt door: een bron van elektromagnetische energie (12); 5 eerste middelen voor het richten van van de bron (12) afkomstige energie, waarbij de eerste middelen een reeks (15) van energierichtelementen (22) bevatten; tweede middelen (20) voor het selectief activeren van de eerste middelen (22) in responsie op een eerste signaal; 10 en derde middelen voor het selectief activeren van de bron (12) in responsie op een tweede signaal.

2. Beeldprojectiesysteem (10), gekenmerkt door een systeem volgens conclusie 1, waarbij de bron van elektro- 15 magnetische energie een lichtbron (12) is en voorts vierde middelen aanwezig zijn voor het afbeelden van het door de eerste middelen gerichte licht.

3. Systeem volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de eerste middelen een reeks (15) van microspiegels (22) 20 bevatten.

4. Systeem volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het eerste signaal een ingangsgegevenssignaal omvat.

5. Systeem volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het tweede signaal een ingangsgegevenssignaal omvat.

6. Systeem volgens conclusies 1-5, gekenmerkt door elektronische middelen voor het verschaffen van de eerste en tweede signalen.

7. Systeem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het eerste signaal en het tweede signaal n velden per raster 30 bevatten.

8. Systeem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de intensiteit van de lichtbron (12) tot de helft gereduceerd wordt tijdens elk opvolgend veld.

9. Systeem volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de 35 lichtbron geactiveerd is gedurende een geheel eerste veld en dat voor elk daaropvolgend veld de lichtbron geactiveerd is 1001925 gedurende de helft van de tijd waarover de lichtbron gedurende het voorafgaande veld is geactiveerd.

10. Systeem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de intensiteit van de lichtbron wordt verdubbeld tijdens elk 5 opvolgend veld.

11. Systeem volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de lichtbron werkzaam is gedurende een minimale tijd tijdens een eerste veld en dat tijdens elk daaropvolgend veld de lichtbron (12) geactiveerd is gedurende tweemaal de tijd dat 10 de lichtbron tijdens het voorafgaande veld geactiveerd is.

12. Systeem volgens conclusie 2-11, met het kenmerk, dat de lichtbron (12) een laser is.

13. Systeem volgens conclusie 2-11, met het kenmerk, dat de lichtbron (12) gloeilicht is.

14. Volle kleur sequentieel beeldprojectiesysteem, gekenmerkt door: eerste, tweede en derde lichtbronnen, eerste middelen voor het sequentieel richten van het van de lichtbronnen afkomstige licht, waarbij de eerste 20 middelen een reeks van licht-richtelementen bevatten; tweede middelen voor het selectief activeren van de eerste middelen in responsie op een eerste signaal; derde middelen voor het selectief sequentieel activeren van elk van de lichtbronnen in responsie op een tweede 25 signaal; en vierde middelen voor het projecteren van het door de eerste middelen gerichte licht.

15. Werkwijze voor het richten van energie, gekenmerkt door de volgende stappen: 30 het richten van van een bron afkomstige elektromag netische energie van variërende intensiteit met een reeks van energie-richtelementen; het selectief activeren van de bron in responsie op een tweede signaal; en 35 het selectief activeren van de energie-richtelementen in responsie op een eerste signaal. 1001925