具有塑料膜滤色片的色盘 本发明涉及图像显示系统，尤其涉及采用色盘的数字图像显示系统。
以空间光调制器(SLM)为基础的图像显示系统对以阴极射线管(CRT)为基础的图像显示系统是一种替换系统。SLM系统提供高分辨率但没有CRT系统那样大的体积。
数字微镜器件(DMD)是一种类型的SLM，它或用于直观显示器，或用于投影显示器。DMD拥有一个由几百或几千个可倾斜的微镜组成的阵列，每个微镜都为一幅图像的一个像素提供光。为了允许镜倾斜，每个镜都设置到安装在支柱上的一个或多个枢纽，并在控制电路下通过流体(空气或液体)间隙隔开。控制电路提供静电力，使每个镜有选择地倾斜。作为显示应用时，将图像数据输入DMD的存储单元内，镜根据该数据倾斜，或者将光反射到投影透镜的入射光孔，或者从投影透镜的入射光孔折射光，然后照射到成象平面上。
在SLM显示系统中提供彩色图像的一种方法被称为“顺序制彩色”。一帧图像的所有像素用不同的颜色顺序访问。例如，每个像素都可以有红、绿和蓝三种数值。然后，在每帧图像周期，交替地用其红、绿然后是蓝的数据访问该帧的像素。拥有三段同样这些颜色的色盘与该数据同步，当每种颜色的数据通过SLM显示时，使入射到SLM上的光由色盘过滤。对于标准显示速率，诸如每秒30帧的NTSC速率，人眼将感觉到图像的色彩正常。
现有的色盘由围绕轮毂设置的玻璃分色滤光片组成。这类色盘较难以制造并需要昂贵的涂覆工艺。
本发明地一个方面是一种用于显示系统的色盘。该色盘基本上为刚性的轮毂加上薄塑料轮缘的滤色片材料。在一个实施例中，轮毂由前片和后片附着在一起形成整个圆形轮毂。该轮毂由刚性材料，例如塑料制成。若干滤色片段也由塑料材料制成，但它们可以是薄的，柔性的。这些滤色片段实际上是盘型(pie-shaped)的，这样，每个滤色片段的圆形边缘从轮毂的圆周延伸，滤色片段的另一边缘固定在所述轮毂的前片与后片之间。
本发明的优点在于，与以前采用的二向色玻璃色盘相比，这是一种廉价的色盘。这将适合于批量生产并完全可以用塑料材料制成。这种色盘是轻量型的，极少有振动的倾向。其较小的惯性允许在操作期间有更短的加速旋转时间。在拥有两片轮毂的实施例中，为将色盘安装到色盘电动机的旋转轴上，提供了插入的紧固件。
图1是一个方框图，表示根据本发明构成和操作的具有色盘的显示系统。
图2是根据本发明的一个色盘的前视图。
图3是根据本发明的一个色盘的侧视图。
图4是色盘的部件分解侧视图，表示将轮毂的两片固定在一起的自固定装置。
图5是色盘另一个实施例的前视图，它采用单片滤色片。
显示系统概述
以下的描述以通过SLM或其它像素阵列显示器产生显示图像的显示系统为依据。术语“像素阵列显示器”从广义上来讲包括用一个个访问像素来产生显示的任何类型的阵列。例如，显示器可以是液晶阵列。然而，本发明并不局限于此种器件，它可以用于任何利用色盘作为顺序制彩色显示的显示系统。例如，其中所述的数据可以转换为模拟信号用于白光CRT，其图像用色盘过滤。
图1是根据本发明的一个典型的以SLM为基础的图像显示系统10的方框图，它采用色盘15。
在图1所示的例子中，色盘15有三个滤色片段，一段为红色，一段为绿色，一段为蓝色。然而，其它颜色也可使用，少于或多于三种颜色也可使用。如下所述，本发明是针对于这样一种色盘，在轮毂的外圆周上，其滤色片段由薄塑料膜制成。
以下对显示系统10各个部件的概述提供了有助于了解本发明的细节。题为“标准独立数字化视频系统”的第5079544号美国专利，题为“数字电视系统”的第08/147249号美国专利申请，以及题为“DMD显示系统”的第08/146385号美国专利申请都公开了与DMD为基础的图像显示系统和其它类型的色盘有关的进一步的细节。题为“白光增强色场顺序制投影”的5233385号美国专利，题为“顺序制彩色成象方法和装置”的第08/179028号美国专利申请，以及题为“用于色盘的数字式电动机控制器”的第08/339379号美国专利申请公开了进一步的细节，描述了以SLM为基础的显示系统所用的色盘的一般原理。这些专利和专利申请的每一件均已转让给德克萨斯仪器公司，它们在此结合作为参考资料。
信号接口11接收某些类别的输入信号。作为其中举例需要，假定输入信号为具有水平和垂直同步分量的标准的模拟视频信号。然而，在其它系统中，输入信号也可以是已经为数字形式的图解数据。
在采用视频输入信号的情况下，接口11将视频信号从同步信号和音频信号中分离出来。它包括A/D转换器和Y/C分离器，它们将数据转换为像素数据取样，并将亮度数据从色度数据中分离出来。信号可以在Y/C分离前转换为数字信号，或者可以在数字化之前进行Y/C分离。
像素数据处理器12通过执行各种处理任务制备显示用的数据。处理器12包括处理存储器，用以在处理期间存储像素数据。由处理器12执行的任务可以包括线性化、色隙转换(colorspaceconversion)和行产生(line generation)。线性化消除伽马校正的影响，它在广播信号上完成以补偿CRT显示器的非线性操作。色隙转换将数据转换为RGB数据。行产生可以通过产生新的数据填入奇数行或偶数行，将数据的隔行扫描场转换为完整的帧。执行这些任务的次序可以改变。
显示存储器13接收来自处理器12的经处理的像素数据。显示存储器13在输入或输出端将数据格式编成“比特—平面”格式，并将比特—平面传送到SLM14。比特—平面格式为SLM14的每个像素一次提供一个比特，并允许每个像素根据该比特的权导通或截止。例如，对于三种颜色的某一种，用8个比特表示每个像素，那每帧将有3×8＝24个比特—平面。含有最低有效比特的比特—平面将导致其显示时间比含有最高有效比特的比特一平面更短。
在一种典型的显示系统10中，存储器13是一种双重缓冲存储器，这意味着它具有用于至少两个显示帧的容量。用于一个显示帧的缓冲器可以向SLM14读出，同时，用于另一个显示帧的缓冲器则被写入。这两个缓冲器按一种“乒乓”方式控制，使数据可以连续送入SLM14。
SLM14可以是任何类型的SLM。出于举例的目的，本说明以其SLM为数字微镜器件(DMD)的一种显示系统为依据。然而，如上所述，同样的概念也适用于采用其它类型的SLM或其它图像发生器件的显示系统。
入射到SLM14的光由光源16提供，并通过旋转的色盘15传送。在图1所示的系统中，SLM14为一种反射SLM(DMD)，色盘15在反射前用来滤光。作为一种替换方法，色盘15也可以这样设置，使光在辐射或反射后才被过滤。
如前面背景描述中所述，用于每种颜色的数据是顺序的，而数据的显示是同步的，由此，色盘15的一部分，即光通过其传送到SLM14的那部分对应于被显示的数据。在该描述的例子中，每个像素用RGB数据表示，这意味着每个像素具有红色值、绿色值和蓝色值。当显示一帧中所有像素的每种颜色所用的数值时，色盘15旋转，光通过对应的红、绿或蓝滤色片传送。对于每个像素，将这三种数值的组合感觉为所需的颜色。
色盘15经由轴15b由电动机15a驱动。电动机15a包括控制色盘15之转速和相位的控制器。例如，设想的转速可以是每秒转60圈，对应于每秒60帧的显示速率。相位则设置得当用于滤色片的数据被显示时，使色盘15的合适滤色片(红、绿或蓝)正传送来自SLM14的光。为了在色盘15与被显示的数据之间维持正确的相位关系，色盘15可以加速或减速，或者数据可以显示或跳过。
对于以DMD为基础的系统，传送到SLM14的数据采用特定的比特—平面格式用于脉宽调制。一个像素的每个红、绿、蓝数值每帧具有n个比特。像素值为0(黑)将导致该帧期间该像素相对此颜色为截止。对于每种颜色，SLM14的每一微镜元件都可以在从1LSB周期至2n-1LSB周期的持续时间内“导通”。换句话说，每种颜色都有2n-1个时间分割，在此期间，任何像素都可以在0与2n-1之间的任何个时间分割内导通。
当一帧数据显示一帧周期(T秒)时，色盘15的一个旋转周期为T秒。如果每种颜色显示相同的时间，则色盘15上每种颜色将有同等尺寸的段，这样每种颜色的数据将显示T/3秒。LSB周期将是每种颜色的帧时间，它由该颜色的LSB周期数相除。
主定时单元18提供各种系统控制功能。主定时单元18提供的一种定时信号是为像素数值的每一比特加权限定显示时间的信号。
尽管图1中未图示，系统10还包括了投影透镜以及各种其它的光学器件，用以收集来自SLM14的图像并投影到图像平面(屏幕)。
图2和图3分别为色盘15的前视图和侧视图。色盘15的一般尺寸约为直径4英寸，用于光点尺寸为4-6毫米的入射光。该尺寸已足够大，使入射光与各滤色片段21之间的轮辐24或其它过渡处的重叠时间减至最小。
色盘15由刚性的两片轮毂23组成，包括前片23a和后片23b。前片23a和后片23b采用将滤色片段21夹置的方法相连。用作轮毂23的一种合适的材料是塑料，因为它容易模压形成片23a和23b。
在本说明的例子中，色盘15有三个滤色片段21，一个滤色片段用于三基色(红、蓝和绿)的每一基色。然而，在其它的实施例中，每种颜色也可以有一个以上的滤色片段。也可以是几个滤色片段用于更多或更少的颜色，还可以有一个透明的片段。每个滤色片段21均由薄塑料材料制成。合适材料的例子为聚酯薄膜或聚酯软片。将塑料浸渍于染料中，或者说制成吸水性的滤色片以获得所需的颜色。本发明的一个特征是滤色片段21无需是刚性的，它可以由相对柔性的材料制成。
每个滤色片段21实际上为盘形形状，其内部区域可以夹置在轮毂23内，其圆形的外周边可以从轮毂23向外延伸。轮毂23的两片23a和23b咬合或连接在一起，由此将滤色片段21的适当部分“夹”起来。
如图2所示，前片23a和后片23b在一个滤色片段21至另一个滤色片段的每个接合处都有轮辐24。这就期望滤色片段21将由分离的片组成。轮辐24连接相邻滤色片段21的邻接边缘，并可在操作期间防止这些边缘的风阻，以及为色盘15的滤色部分增加刚性。
各种加工特征可以容易地模制到片23a和23b的内表面，使这些片压在一起时可以自行固定。例如，如图4所示，其中一片23a可以有一个塑料套筒41从其内表面凸起。另一片23b具有相应的中心开口用于接受该套筒，开口的直径设置成一个将为套筒41提供滑动配合的尺寸。套筒41有一个楔41a，它同片23b中放大的楔形开口咬合在一起。这样，允许片23a和23b夹到轴15b，无需另加其它部件。其它插入的加工特征也能容易想象，用联锁的楔或其它特征将轮毂23安装到色盘电动机轴15b。也可以采用外加的固定装置，例如螺钉。
滤色片段21的厚度要在厚到足以提供一定的刚性以及薄到足以使光的损耗减至最小这两者之间衡量。在某种程度上，操作期间的离心力可以补偿刚性的不足。滤色片段21的典型厚度为1和2毫米之间。
如图3所示，轮毂23可以在其安装到色盘电动机驱动轴的中部做得更厚些。这将导致轮毂23围绕色盘电动机的驱动轴有一个“质量加载”，增加了适当的平衡。
在另一个实施例中，色盘15的轮毂23可以仅用一个片23a组成。滤色片段21将通过诸如粘合剂绕着其周边粘合到轮毂23的一侧。如上所述，轮毂23具有将滤色片段21固定其上的轮辐24，它或者接合各个滤色片段21的边缘，或者为色盘的滤色部分增加刚性。
图5表示色盘15的另一个实施例，其中各个滤色片段21均由具有不同着色区域的单片材料制成，每个着色区域形成不同的滤色片段21。滤色片段21为环形，它可以固定在轮毂23的两个片23a和23b之间，或者固定到单片轮毂23的一侧。在此情况下，根据滤色材料的刚性，轮辐24不一定需要。
操作中，色盘15旋转足够快，以产生径向气流对因吸收辐射而发热的滤色片段21进行冷却。现已发现每分钟大约3600转的旋转速度令人满意。
其它实施例
尽管本发明是参照特定的实施例描述的，但这一描述并不意味着局限于某一范围。对于本领域的熟练人员来讲，对所述实施例所作的各种变换以及各种替换都是很显然的。因此，认为所附的权利要求书将覆盖各种变换，它们均属于本发明的实际范围。