DE69227600T2

DE69227600T2 - Visuelles Anzeigesystem

Info

Publication number: DE69227600T2
Application number: DE69227600T
Authority: DE
Inventors: Susumu C/O Mitsubishi Denki K.K. Kyoto-Fu Nakagakiuchi; Shinobu C/O Mitsubishi Denki K.K. Kyoto-Fu Ueda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2012-08-14
Also published as: SG45467A1; EP0703560A3; EP0528646B1; EP0528646A1; DE69214753T2; EP0703560A2; EP0703560B1; US5418546A; DE69227600D1; US5546128A; DE69214753D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein visuelles Anzeigesystem zum Anzeigen eines Videosignales oder von Bilddaten in Form eines sichtbaren Bildes.
In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach großflächigeren und/oder höher auflösenden Bildschirmen als den Bildschirmen, welche von herkömmlichen Anzeigegeräten wie beispielsweise Kathodenstrahlröhren (CRTs) oder Flüssigkristallanzeigen (LCDs) angeboten werden, gestiegen. Eine derartige Nachfrage wurde weiterhin durch die Nachfrage von Konsumenten nach Fernsehgeräten mit großem Bildschirm zusammen mit der Nachfrage vieler Menschen, welche Vorführungen auf einem großen Bildschirm genießen möchten oder welche Bildschirme, welche durch einen Computer in Konferenzen od. dgl. erzeugt werden, betrachten müssen, gesteigert.
LCDs sind für die Benutzung mit Computersystemen und Eingabegeräten geringer Abmessungen, insbesondere Laptop- und tragbare Computer, geeignet; LCDs für derartige Anwendungen verwenden Flüssigkristallzellen, wobei jede einzelne Zelle einem Pixel auf dem Schirm entspricht. LCDs sind temperaturempfindlich, schwierig in großen Abmessungen zu bauen, haben lange Ansprechzeiten und benötigen externe Beleuchtung für die Betrachtung. Die Auflösung der LCD wird durch die Komplexität ihres Ansteuersystems begrenzt, was zur Folge hat, daß die Größe der LCD im allgemeinen mit steigender Auf lösung zunimmt. Dies bedeutet eine unvermeidbare Steigerung der Größe des verwendeten optischen Projektionssystemes und folglich eine Erhöhung der Kosten eines hochauflösenden Systemes. Ein weiteres Problem ist, daß durch das LCD durchtretendes (oder von ihm reflektiertes) Licht polarisiert ist, was zur Folge hat, daß das Helligkeitsempfinden nichtlinear mit dem Abstand von der Mitte des Betrachtungsfeldes (z. B. entfernt von der Achse) variiert.
Das am weitesten verwendete Anzeigesystem ist die CRT. Die CRT hat jedoch verschiedene Unzulänglichkeiten, wobei die erste die Kosten sind. Die hohen Kosten beruhen auf der Schwierigkeit, welche mit der Herstellung von Anzeigeröhren mit großen Abmessungen einhergeht, und der Erforderlichkeit von großen Volumina an Rohstoffen (insbesondere Glas) für den Aufbau. Aus diesem Grunde wird die Anzeige sehr schwer, ist nicht leicht zu transportieren und ist aus diesem Grunde für den Einsatz in einem Anzeigesystem geringer Größe nicht geeignet. Auch die Auflösung ist ein Problem bei der CRT.
Ein weiterer Mangel von derartigen herkömmlichen Anzeigesystem ist, daß sie im wesentlichen analogen Typs sind. Aus diesem Grunde müssen, wenn Anzeigeinformationen in digitaler Form in einem Computer gespeichert werden, die Informationen zuerst in eine Form konvertiert werden, welche kompatibel mit der analogen Rasterabtastung zur Anzeige der CRT ist.
Die japanische Offenlegungsschrift 3-40693 offenbart ein visuelles Anzeigesystem, welches einen Raumlichtmodulator zum Beheben der oben bezeichneten Unzulänglichkeiten verwendet. Das darin beschriebene System wird weiter unten als ein Beispiel des Standes der Technik beschrieben, welches der vorliegenden Erfindung am nächsten kommt, und ist in den Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen illustriert.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines zweidimensionalen digitalen visuellen Anzeigesystemes, enthaltend ein Bilderzeugungssystem 501 und einen Anzeigebildschirm 502. Von einer Lichtquelle 510 emittiertes Licht wird durch einen Spiegel 511 gesammelt, welcher das Licht in eine Linse 512 reflektiert. Die Linsen 512, 513 und 514 bilden zusammen einen Strahlkollimator, welcher dazu dient, das einfallende Licht 509 zu säulenartigem Licht 508 zu kollimieren, wodurch die Lichtenergie gesteigert wird, um den Gesamtwirkungsgrad des Systemes zu erhöhen. Ein Spiegel 520 zur Knickung des Strahlenganges reflektiert die Lichtsäule 508 über einen optischen Weg 507 in den Raumlichtmodulator 515. Der Raumlichtmodulator 515 gibt selektiv Teilen des Lichtes, welches durch den optischen Weg 507 tritt, eine andere Richtung in Richtung auf eine Vergrößerungslinse 505, um ein Bild auf dem Anzeigebildschirm 502 zu bilden. Der Raumlichtmodulator 515, welcher in diesem Beispiel verwendet wird, ist im allgemeinen als Verformbarer-Spiegel-Apparat bekannt.
Der Raumlichtmodulator 515 hat eine Oberfläche 516, auf welche das Licht von dem optischen Weg 507 projiziert wird. Die Oberfläche 516 enthält eine Vielzahl von schaltbaren Elementen 517, welche derart gesteuert werden können, daß das einfallende Licht in Richtung auf die Vergrößerungslinse 505 umgelenkt wird. Wenn ein einzelnes Element 517 in einer bestimmten Ausrichtung angeordnet wird, wird ein Teil des Lichtes, welches durch den optischen Weg 507 tritt, in einen optischen Weg 506 in Richtung auf die Vergrößerungslinse 505 umgelenkt. Der Teil des Lichtes wird durch die Vergrößerungslinse 505 vergrößert oder ausgedehnt und durch einen optischen Weg 504 auf den Anzeigebildschirm 502 geworfen, um ein Pixel 503 zu beleuchten.
Ein Computer 519 steuert den Betrieb des Raumlichtmodulators 515 über einen Bus 518 derart, daß Teile des Lichtes von dem optischen Weg 507 selektiv in Richtung auf den Anzeigebildschirm 502 umgelenkt werden, um darauf ein Bild zu erzeugen. Der Bus 518 überträgt erforderliche Steuersignale und Bildinformationen von dem Computer 519 zu dem Raumlichtmodulator 515. Der Computer 519 ist beispielsweise ein digitaler Signalprozessor.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines elektronisch-optischen Gerätes, welches bei dem oben beschriebenen visuellen Anzeigesystem verwendet wird. Wie dargestellt, ist eine Signalquelle 640, welche beispielsweise ein TV-Tuner ist, an ein elektronisch-optisches System 644 über einen Bus 642 angeschlossen. Der Bus 642 führt zu einem Analog/Digital-Wandler 646. Ein analoges Signal wird über den Bus 642 dem Analog/Digital- Wandler 646 zur Umwandlung in einen digitalen Code, welcher die Farbwert- und Helligkeitsinformationen eines jeden Pixels eines Bildes darstellt, zugeführt. Der Digitalcode von dem Analog/Digital-Wandler 646 wird auf einen Bus 648 zur Übertragung in einen Pufferspeicher 650 gegeben. Auf diese Weise wird der Digitalcode in dem Pufferspeicher 650 gespeichert. In einer anderen Betriebsart kann ein derartiger Digitalcode oder können derartige digitale Informationen von einem externen Computer- oder Graphiksystem über einen Bus 652 in den Pufferspeicher 650 geladen werden.
Der Digitalcode oder die digitalen Informationen stehen für ein Bild, welches angezeigt werden soll. Der in dem Pufferspeicher 650 gespeicherte Digitalcode wird über einen Bus 658 an eine zentrale Datenverarbeitungsanlage (CPU) 654 übertragen. Die CPU 654 ist über einen Bus 658 mit einem Videospeicher 660 verbunden. Die CPU 654 decodiert das Videosignal, welches die Farbigkeit- und Helligkeitssignale enthält, welche in den von dem Pufferspeicher 650 übertragenen Informationen enthalten sind. Die CPU 654 ist derart programmiert, daß das Bild von den Informationen extrahiert wird und die Informationen, welche die Farbigkeits- und Helligkeitssignale enthalten, in dem Videospeicher 660 gespeichert werden. Das Bild wird durch die CPU 654 weiterverarbeitet durch ein Kommando, welches über einen Bus 662 gegeben wird, oder unter Steuerung des Programmes, welches in der CPU 654 enthalten ist. Danach werden die verarbeiteten Bilddaten in ein Schieberegister zur Eingabe in eine Matrix in dem Raumlichtmodulator übertragen, wobei die Bilddaten in Reihen- und Spaltendecodierer geladen werden. Es ist auch möglich, Bildinformationen in den Videospeicher 660 von einem externen Computer- oder Graphiksystem über einen Bus 668 zu laden.
Das elektronisch-optische System 644 bildet zusammen mit einem Projektionssystem 672 ein Bilderzeugungssystem 674, welches durch das Bilderzeugungssystem 501 von Fig. 1 mit dem Raumlichtmodulator 515, welcher über den Bus 518 mit dem Videospeicher 660 verbunden ist, ersetzt werden kann. Das in dem Videospeicher 660 gespeicherte Bild wird an das Projektionssystem 672 über einen Bus 670 übertragen und wird über einen optischen Weg 676 auf einem Anzeigebildschirm 678 angezeigt.
Bei dem visuellen Anzeigesystem des Standes der Technik ist der Raumlichtmodulator jedoch von einem Typ mit flacher Oberfläche, bei welchem zahlreiche Spiegel in äußerst genauen Mustern auf einer Halbleiteroberfläche angeordnet sind. Der Raumlichtmodulator von solchem Aufbau, welcher eine Vielzahl von steuerbaren Elementen aufweist, welche auf einer flachen Oberfläche angeordnet sind, besitzt das Problem geringer Ausbeuten bei der Halbleiterherstellung aufgrund einer großen Silizium-Chip-Fläche, wodurch die Kosten des visuellen Anzeigesystemes erhöht und die Zuverlässigkeit des visuellen Anzeigesystems verringert wird. Ein anderes Problem ist, daß Adressierungs-Schaltungstechnik für die steuerbaren Elemente vom Oberflächentyp und Schaltungstechnik für die Lichtmodulation, d. h. Schaltungstechnik zum Ansteuern der steuerbaren Elemente, groß und umfangreich werden, was ein begrenzender Faktor bei der Größenverringerung des Systemes ist. Das weitere Problem ist, daß die Konstruktionsfreiheit dadurch begrenzt wird, daß das Breite-zu-Höhe-Verhältnis (Längenverhältnis) der das Bild erzeugenden Oberfläche durch die Form des Raumlichtmodulators bestimmt ist, solange kein zusätzliches spezielles optisches System vorgesehen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein visuelles Anzeigesystem geschaffen, enthaltend:
eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht entlang eines ersten optischen Weges;
eine Bilderzeugungsoberfläche, welche in einem zweiten optischen Weg des Lichtes angeordnet ist;
einen Raumlichtmodulator, welcher in den ersten und zweiten optischen Wegen angeordnet ist und aus einer Vielzahl von steuerbaren Elementen, welche in einer Zeile angeordnet sind, aufgebaut ist; und
ein optisches Abtastgerät, welches zwischen dem Raumlichtmodulator und der Bilderzeugungsoberfläche zum Abtasten des durch den Raumlichtmodulator in den zweiten optischen Weg reflektierten Lichtes angeordnet ist.
Die Erfindung vermag ein billiges und höchst zuverlässiges visuelles Anzeigesystem zu schaffen, bei welchem die Ansteuerungs-Schaltungstechnik für steuerbare Elemente vereinfacht ist.
Die Erfindung kann weiterhin eine Variation des Längenverhältnisses eines Projektionsbildschirmes ohne ein Hinzufügen von speziellen optischen Systemen erlauben.
Bei dem visuellen Anzeigesystem der Erfindung wird Licht von einer Lichtquelle durch einen Raumlichtmodulator, welcher eine Vielzahl von steuerbaren Elementen, welche in einer Linie angeordnet sind, aufweist, moduliert, und das modulierte Licht wird durch ein optisches Abtastgerät abgetastet, um ein Bild anzuzeigen. Die reflektierenden oder brechenden Oberflächen des optischen Abtastgerätes sind bewegbar, so daß Zeilenbilder, welche von dem Raumlichtmodulator reflektiert werden, zur Anzeige in ein Oberflächenbild aufgeweitet werden.
Sofern das optische Abtastgerät mit Selektivität in bezug auf die Lichtwellenlänge ausgestattet wird, kann eine farbige visuelle Anzeige erzielt werden. Ein einzelner Abtastzyklus des optischen Abtastgerätes kann kürzer als eine einzelne Zyklusdauer der kritischen Flimmerfrequenz des menschlichen Auges · gemacht werden. Entweder sendet die Lichtquelle ein Impulslicht aus, dessen Wiederholungsrate gleich der Zeitdauer ist, über welche das optische Abtastgerät über die Breite der steuerbaren Elemente des Raumlichtmodulators abtastet, oder es ist eine Blende vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, daß sie Licht von der Lichtquelle für diese Zeitdauer passieren läßt. Weiterhin können die steuerbaren Elemente des Raumlichtmodulators mehr als einmal während dieser Zeitdauer synchron mit dem Betrieb des optischen Abtastgerätes gesteuert werden.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau eines visuellen Anzeigesystemes des Standes der Technik veranschaulicht.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines elektronisch-optischen Gerätes für das visuelle Anzeigesystem des Standes der Technik veranschaulicht.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau eines visuellen Anzeigesystemes gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 4 ist eine Perspektivansicht, welche ein optisches Abtastgerät, welches einen ebenen reflektierenden Spiegel benutzt, zeigt.
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht, welche ein optisches Abtastgerät von dreieckiger Säulenform zeigt.
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht, welche ein optisches Abtastgerät von vieleckiger Säulenform zeigt.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines elektronisch-optischen Gerätes für das visuelle Anzeigesystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm ist, welches einen anderen Aufbau des Teiles des visuellen Anzeigesystemes der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, welches einen weiteren alternativen Aufbau des visuellen Anzeigesystemes der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 3 zeigt den Aufbau eines zweidimensionalen digitalen visuellen Anzeigesystemes gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung, welches ein Bilderzeugungssystem 1 und einen Anzeigebildschirm 2 enthält. Der Anzeigebildschirm 2 kann aus einer vergleichsweise ebenen dünnen Lage von geeignetem Material aufgebaut sein oder kann zu einer Form geformt sein, welche derart gekrümmt ist, daß reflektiertes Licht in die. Richtung des Beobachters konvergiert wird. Weiterhin kann der Anzeigebildschirm 2 aus einem lichtdurchlässigem Material für die rückwärtige Projektion geformt sein.
Eine Lichtquelle 3 stellt Lichtenergie zur Verfügung, welche schließlich den Anzeigebildschirm 2 erreicht und beleuchtet. Eine gewöhnliche Lichtquelle, wie beispielweise eine Glühlampe oder Halogenlampe, wird als die Lichtquelle 3 verwendet.
Licht 7, welches von der Lichtquelle 3 ausgesendet wird, wird in Richtung auf eine Linse 4 gerichtet. Die Linsen 4, 5 und 6 bilden zusammen einen Strahlkolumnator, welcher das Licht 7 zu einem säulenförmigen Licht 8 kollimiert, wodurch die Lichtdispersion verhindert und der Gesamtwirkungsgrad des Systemes gesteigert wird.
Das säulenförmige Licht 8 wird auf einen Raumlichtmodulator 9 projiziert. Ein anderes Verfahren kann verwendet werden, um die konvergierte Lichtenergiequelle in Richtung auf den Raumlichtmodulator 9 zu richten. Der Raumlichtmodulator 9 dient dazu, das säulenförmige Licht 8 selektiv in Richtung auf ein optisches Abtastgerät 10 umzulenken. Der in dieser Ausführungsform verwendete Raumlichtmodulator 9 ist identisch oder ähnlich mit einem Gerät mit verformbarem Spiegel (deformable mirror device, DMD), wie es in den US-Patenten 4,441,791, 4,710,732, 4,596,992, 4,615,595 und 4,662,746 offenbart ist.
Bei dieser Ausführungsform besteht das optische Abtastsystem 10 aus einem Reflexionsspiegel von hexagonaler. Säulenform. Der Spiegel kann entweder eine ebene Form, wie in Fig. 4 dargestellt, die Form einer dreieckigen Säule, wie in Fig. 5 dargestellt, oder die Form einer polygonalen Säule, wie in Fig. 6 dargestellt, aufweisen.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, in welchem ein ebener Reflexionsspiegel für das optische Abtastgerät 10 verwendet wird. Ein Reflexionsspiegel 22 wird mit Hilfe eines Motors 21 gedreht. Es gibt zwei mögliche Typen eines ebenen Reflexionsspiegels, einen einseitigen Spiegel und einen doppelseitigen Spiegel.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, in welchem ein Abtastbereich von dreieckiger Säulenform für das optische Abtastgerät 10 verwendet wird. Ein Abtastbereich 24 wird mit Hilfe eines Motors 23 gedreht. Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei welchem ein Abtastbereich von vieleckiger Säulenform (hexagonaler Säulenform) für das optische Abtastgerät 10 verwendet wird. Ein Abtastbereich 26 wird mit Hilfe eines Motors 25 gedreht. Das optische Abtastgerät 10 muß nicht notwendigerweise einen Reflexionsspiegel verwenden, sondern jede geeignete optische Komponente, welche Licht reflektiert, kann verwendet werden.
Durch Drehen des optischen Abtastgerätes 10 kann der Winkel, unter welchem das von dem Raumlichtmodulator 9 ankommende Licht reflektiert wird, geändert werden;
auf diese Weise können Lichtstrahlen von dem Raumlichtmodulator 9, welche sich jeweils als eine Lichtzeile ausbreiten, zu einem Bild zur Anzeige auf einer zweidimensionalen Fläche vergrößert werden. Jeder von dem optischen Abtastgerät 10 reflektierte Lichtstrahl wird auf einen optischen Weg 11 gerichtet und durch eine Vergrößerungslinse 12 auf den Anzeigebildschirm 2 projiziert.
Ein Computer 13 steuert den Betrieb des Raumlichtmodulators 9 über einen Bus 14, so daß Teile des Lichtes, welche durch einen optischen Weg 16 treten, selektiv in Richtung auf das optische Abtastgerät 10 umgelenkt werden, um ein Bild auf dem Anzeigebildschirm 2 zu bilden. Dieser Betrieb wird später ausführlich beschrieben.
Ein Motor 15 ist vorgesehen, um das optische Abtastgerät 10 zu drehen, wobei der Motor 15 mit dem Raumlichtmodulator 9 synchronisiert wird, um die richtige Anzeige eines Bildes sicherzustellen. Der Synchronisationsbetrieb wird durch eine Steuerung 20 gesteuert.
Fig. 7 zeigt ein elektronisch-optisches Gerät, welches für das visuelle Anzeigesystem verwendet wird. Wie dargestellt, ist eine Signalquelle 201, z. B. ein Kinofilm, mit einem elektronisch-optischen System 216 über einen Bus 202 verbunden. Der Bus 202 führt zu einem Analog/Digital-Wandler 203. Ein analoges Signal, welches dem Analog/Digital-Wandler 203 über den Bus 202 zugeführt wird, wird durch den Analog/Digital-Wandler 203 zu einem Digitalcode gewandelt, welcher die Adreß- und Helligkeitssignale für jedes Pixel eines Bildes darstellt. Der Digitalcode wird auf einem Bus 204 ausgegeben.
Der Digitalcode von dem Analog/Digital-Wandler 203 wird über den Bus 204 zu einem Pufferspeicher 205 übertragen. Der digitale Code wird auf diese Weise in dem Pufferspeicher 205 gespeichert. Bei einer anderen Betriebsweise können solche Digitalcodes oder -informationen von beispielsweise einem externen Computer oder Graphiksystem über einen Bus 217 in den Pufferspeicher 205 geladen werden. Zur Steigerung der Verarbeitungsfähigkeit kann der Pufferspeicher 205 aus einem Speicher des Doppelkarten- oder des Dreifachkarten-Typs aufgebaut sein. Auch die Konstruktion eines Vielplatinenspeichers ist in der Industrie bekannt.
Der Digitalcode oder die Digital-Informationen stellen ein anzuzeigendes Bild dar. Der in dem Pufferspeicher 205 gespeicherte Digitalcode wird über einen Bus 206 an eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit, CPU) 207 übertragen. Die CPU 207 ist bevorzugt eine digitale Signalverarbeitungseinheit (digital signal processing unit, DSP).
Die von der CPU 207 verarbeiteten Informationen werden über einen Bus 208 an einen Seriell/Parallel(S/P)-Wandler 209 übertragen, wo die Informationen nach Adresse aufgeteilt werden, wobei die aufgeteilten Informationen anschließend über einen Bus 210 an ein Schieberegister-Latch 211 übertragen werden. Nachdem alle Adreßdaten in das Schieberegister-Latch 211 von dem S/P-Wandler 209 eingegeben wurden, überträgt das Schieberegister-Latch 211 jedes Adreßdatum über einen Bus 212 gemäß einem Synchronisationssig nal, welches von der CPU 207 über einen Bus 220 zugeführt wird, an einen Pulsbreiten-Generator 213. Der Pulsbreiten-Generator 213 wandelt jedes Adreßdatum, welches über den Bus 212 übertragen wurde, in eine Pulsbreite, welche mit dem Inhalt des Datums übereinstimmt, und überträgt das derart gewandelte Adreßdatum an einen Raumlichtmodulator 215 über einen Bus 214 gemäß dem über den Bus 220 zugeführten Synchronisationssignal. Der Pulsbreiten-Generator 213 kann innerhalb der CPU 207 angeordnet sein.
Der Raumlichtmodulator 9 besitzt eine Hochgeschwindigkeits-Schaltfähigkeit und kann jedes Pixel eines hellen Bildes mit einer 833-fach schnelleren Datengeschwindigkeit als ein CFF modulieren. Wenn die gewünschte Helligkeit auf einem niedrigeren Pegel ist, wird die Betriebsgeschwindigkeit wesentlich schneller. Helligkeit unterschiedlicher Pegel kann durch Teilen einer Zeilenanzeige-Zeitdauer des optischen Abtastgerätes 10 durch die erforderliche Anzahl an Stufen und durch Veranlassen, daß der Pulsbreiten- Generator 213 eine Pulsbreite erzeugt, welche mit der gewünschten Helligkeit übereinstimmt, erhalten werden.
Der Raumlichtmodulator 9 wird bei einer wesentlich höheren Geschwindigkeit als eine Zeilenanzeige-Zeitdauer betrieben. Da diese Geschwindigkeit schneller als die kritische Flimmerfrequenz des menschlichen Auges ist, wird die Menge an Licht, welche an die Bilderzeugungsoberfläche für eine feste Zeitdauer geschickt wird, als eine Änderung in der Helligkeit erkannt.
Wie beschrieben, erlaubt der obige Aufbau der Erfindung, verglichen mit dem zweidimensionalen Oberflächentyp-Raumlichtmodulator des Standes der Technik, die Verwendung eines Bilddaten-Schieberegisters oder -Latch vom eindimensionalen Typ, und das Abtasten in der vertikalen Richtung kann einfach durch Steuerung der Umdrehung des optischen Abtastgerätes 10 erreicht werden, was eine wesentliche Verringerung der Schaltungstechnik erlaubt. Außerdem ist bei dem Oberflächentyp-Raumlichtmodulator des Standes der Technik das Bildseitenverhältnis bereits während der Herstellungsstufe des Raumlichtmodulators festgelegt, gemäß der Erfindung kann das Bildseitenverhältnis jedoch auf einfache Weise durch Veränderung der Umdrehungsgeschwindigkeit des optischen Abtastgerätes 10 geändert werden. Das Längenverhältnis kann ohne Verringerung der Auflösung geändert werden, wenn der Abtastbereich des optischen Abtastgerätes 10 in einer Form gebildet wird, welche ein Weitwinkelabtasten (die Anzahl der Abtastoberflächen wird beispielsweise reduziert) erlaubt.
Jetzt werden Änderungen der obigen Ausführungsform beschrieben.
Beispielsweise kann eine farbige visuelle Anzeige erreicht werden, indem dem optischen Abtastgerät 10 von Fig. 3 Filtermittel hinzugefügt werden.
Optische Filter, welche jeweils die Eigenschaft aufweisen, daß sie Licht einer bestimmten Frequenz oder eines bestimmten Frequenzbandes reflektieren, sind auf den reflektierenden Oberflächen des optischen Abtastgerätes 10 angeordnet. Solche Filter können z. B. aus Beschichtungen von Materialien, welche je weils die Eigenschaft aufweisen, daß sie Licht eines bestimmten Farbbandes reflektieren oder durchlassen, gebildet werden.
Für den Fall, daß das optische Abtastgerät 10 die in Fig. 6 dargestellte Form aufweist, werden optische Rot (R)-, Grün (G)- und Blau (B)-Filter auf periodische Weise angeordnet. Da das optische Abtastgerät 10 von Fig. 6 sechs reflektierende Oberflächen aufweist, R, G, B, R, G und B, finden mit einer Umdrehung des optischen Abtastgerätes 10 zwei Vollfarbabtastungen statt. Die nachfolgende Beschreibung behandelt den Betrieb dieser farbigen visuellen Anzeige detailliert.
Wie Fig. 3 entnommen werden kann, tritt von der Lichtquelle 3 ausgesendetes Licht 7 durch die Linsen 4, 5 und 6, und das resultierende säulenförmige Licht 8 trifft den Raumlichtmodulator 9, dem Bilddaten aufeinanderfolgend von dem Computer 13 über den Bus 14 zugeführt werden. Basierend auf den von dem Computer 13 empfangenen Bilddaten wird der Raumlichtmodulator 9 derart betrieben, daß er selektiv die steuerbaren Elemente (Pixels) bewegt, um ein optisches Bild durch den optischen Weg 16 an das optische Abtastgerät 10 zu übertragen. Das optische Bild wird als eine Lichtzeile auf eine der reflektierenden Oberflächen des optischen Abtastgerätes 10, beispielsweise eine R-Oberfläche, projiziert. Während des Drehens der R-Oberfläche werden solche Lichtzeilen zu einem Bildschirmbild aufgeweitet. Wenn ein Abtasten mit der R- Oberfläche abgeschlossen ist, wurde ein einfarbiges Rotbild auf dem Anzeigebildschirm 2 angezeigt. Es erübrigt sich zu sagen, daß die Bilddaten, welche dem Raumlichtmodulator 9 über den Computer 13 zur Erzeu gung dieses Bildes zugeführt wurden, die Bildschirm- Bilddaten für Rot sind.
Wenn das Abtasten mit der R-reflektierenden Oberfläche abgeschlossen ist, taucht die nächste reflektierende Oberfläche des optischen Abtastgerätes 10, d. h. eine G-reflektierende Oberfläche, auf: Auf eine ähnliche Weise wie für die obige R-reflektierende Oberfläche wird eine Abtastung mit der G-reflektierenden Oberfläche durchgeführt, um ein Bildschirmbild für Grün zu erzeugen, und auf ähnliche Weise für die nächste B-reflektierende Oberfläche.
Auf diese Weise wird ein Bildschirmbild für jede R-, G- und B-Komponente angezeigt. Der Raumlichtmodulator 9 und das optische Abtastgerät 10 sind im Betrieb synchronisiert, und die R-, G- und B-Bilder werden aufeinanderfolgend auf dem Bildschirm mit einer Frequenz, welche höher ist als die kritische Flimmerfrequenz des menschlichen Auges, präsentiert, so daß die Farben von dem menschlichen Auge gemischt werden, um es dem Betrachter zu ermöglichen, ein vervollständigtes Farbbild auf dem Anzeige-Bildschirm 2 zu sehen.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform, welche den in Fig. 3 dargestellten Aufbau aufweist, ist es auch möglich, eine Farbanzeige durch Änderung der Lichtquelle 3 zu erzielen.
Genauer gesagt, wird die in Fig. 3 dargestellte Lichtquelle 3 durch lichtaussehende Elemente, wie beispielsweise LEDs, welche Licht bei den Schwerpunktwellenlängen, welche ungefähr gleich den Wellenlängen von jeweils roten, blauen und grünen Farben sind, aussendet, ersetzt. Mit dieser Anordnung werden die lichtaussendenden Elemente, beispielsweise Rot mit einer Wellenlänge von 640 nm, Blau mit einer Wellenlänge von 470 nm und Grün mit einer Wellenlänge von 570 nm, aufeinanderfolgend angeschaltet, um Licht in den entsprechenden Farben auszusenden, wodurch eine Farbanzeige wie bei dem vorhergehend beschriebenen optischen Abtastgerät, welches weißes Licht in Verbindung mit den optischen Filtern verwendet, erreicht.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform dreht das optische Abtastgerät 10 von Fig. 3 konstant mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit; wenn Lichtstrahlen konstant von der Lichtquelle 3 zugeführt werden und Bilddaten kontinuierlich dem Raumlichtmodulator 9 zugeführt werden, wird sich das auf dem Anzeigebildschirm 2 angezeigte Bild in der vertikalen Richtung verschmieren, und es kann nicht richtig erkannt werden. Weiterhin wird ein Phänomen auftreten, bei welchem die Kontinuität des Bildes an den Bereichen unterbrochen ist, welche den Verbindungsstellen zwischen den reflektierenden Oberflächen des vieleckigen optischen Abtastgerätes 10 entsprechen. Aus diesem Grunde wird das Licht von der Lichtquelle 3 gepulst, um diese Probleme zu vermeiden.
Zunächst schaltet, wenn eine reflektierende Oberfläche des optischen Abtastgerätes 10 einen Winkel erreicht, bei welchem die Abtastung gestartet werden soll, die Lichtquelle 3 einen Lichtpuls für die Zeitdauer, welche gerade einer Zeilenanzeige-Zeitdauer entspricht, an. Danach wird, wenn die reflektierende Oberfläche des optischen Abtastgerätes 10 an einen Winkel gedreht wird, bei welchem die nächste Zeile reflektiert werden soll, ein Lichtpuls angeschaltet, und zwar wiederum für die Zeitdauer, welche gerade einer Zeilenanzeige-Zeitdauer entspricht. Dieser Betrieb wird wiederholt, bis die reflektierende Oberfläche einen Winkel einnimmt, bei welchem die letzte Zeile für die Anzeige reflektiert werden soll. Wenn das Abtasten der letzten Zeile abgeschlossen ist, wird der Lichtpuls ausgeschaltet und bleibt ausgeschaltet, bis die nächste reflektierende Oberfläche des optischen Abtastgerätes 10 einen Winkel einnimmt, bei welchem das Abtasten zu starten ist. Durch Wiederholen der obigen Vorgehensweisen kann ein richtiges Bild angezeigt werden, ohne daß ein Verschmieren von Bildzeilen verursacht wird und ohne daß ungewollte Bildteile während der horizontalen Rücklaufzeitdauer angezeigt werden. Der Aussendebetrieb von derartigen Lichtpulsen wird durch die Steuerung 20 gesteuert.
Anstatt die Lichtquelle 3 derart anzupassen, daß sie Lichtpulse aussendet, kann ein optischer Verschluß 17 zwischen der Lichtquelle 3 und der Linse 4, wie in Fig. 8 dargestellt, vorgesehen sein, um denselben Effekt wie oben beschrieben zu erreichen. Die optische Blende 17 wird so betrieben, daß sie für die AN-Zeitdauer öffnet und für die AUS-Zeitdauer schließt, und zwar mit demselben AN/AUS-Zeitverhalten wie der Lichtpuls. Die Betätigung des optischen Verschlusses 17 wird durch die Steuerung 20 gesteuert.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform kann das Verschmieren von Bildzeilen verhindert werden, indem als Motor 15 zur Steuerung des optischen Abtastgerätes 10 ein Schrittmotor eingesetzt wird, welcher einen Schrittwinkel aufweist, der dem Winkel entspricht, über welchen das optische Abtastgerät 10 über die Breite der steuerbaren Elemente des Raumlichtmodulators 9 abtastet.
Zusätzlich muß die Umdrehungsgeschwindigkeit des optischen Abtastgerätes 10 mit dem zeitlichen Verhalten der von dem Computer 13 an den Raumlichtmodulator 9 geschickten Bilddaten und dem zeitlichen Verlauf des Lichtpulses oder des optischen Verschlusses 17 synchronisiert werden. Ein derartiger Synchronisationsbetrieb wird durch die Steuerung 20 gesteuert.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform werden reflektierende Spiegel in dem optischen Abtastgerät 10 verwendet, aber stattdessen kann auch ein Prisma verwendet werden. Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, welches einen alternativen Aufbau der Ausführungsform veranschaulicht, bei welcher ein optisches Abtastgerät 18, welches aus einem Prisma besteht, verwendet wird. Das dargestellte optische Abtastgerät 18 ist aus einem hexagonalen Brechungsprisma aufgebaut, aber es ist erkennbar, daß ein dreieckiges Prisma oder Linsen von der in Fig. 5 gezeigten Form oder ein vieleckiges Prisma oder Linsen von der in Fig. 6 gezeigten Form ebenfalls verwendet werden können, um den Zweck zu erfüllen. Das optische Abtastgerät 18 wird mit Hilfe eines Motors 19 gedreht. Der Motor 19 wird derart angesteuert, daß er einen Abtastbereich des optischen Abtastgerätes 18 dreht, um den Einfallswinkel des Bildlichtes, welches durch den optischen Pfad 16 projiziert wird, zu verändern, um es auf diese Weise zu ermöglichen, daß das Abtasten durch Änderung der Brechungsrichtung durchgeführt werden kann. Ansonsten ist der Aufbau von Fig. 9 identisch mit dem von Fig. 3; aus diesem Grund sind dieselben Bezugszeichen denselben Teilen zugewiesen, und auf deren Beschreibungen wird hier verzichtet.
Da, wie oben beschrieben, der Raumlichtmodulator durch Anordnen der steuerbaren Elemente in einer Zeile aufgebaut ist, ist das visuelle Anzeigesystem der Erfindung kostengünstig aufzubauen, Adressierungs- Schaltungstechnik für die steuerbaren Elemente und elektrische Schaltungstechnik zur Lichtmodulation kann vereinfacht werden und das Formatverhältnis kann auf einfache Weise variiert werden.

Claims

1. Ein visuelles Anzeigesystem enthaltend:

eine Lichtquelle (3) zum Aussenden von Licht entlang eines ersten optischen Weges (8)

eine Bilderzeugungsoberfläche (2), welche in einem zweiten optischen Weg (11, 16) des Lichtes angeordnet ist;

einen Raumlichtmodulator (9), welcher in den ersten und zweiten optischen Wegen (8, 11, 16) angeordnet ist und aus einer Vielzahl von steuerbaren Elementen, welche in einer Zeile angeordnet sind, aufgebaut ist; und

ein optisches Abtastgerät (10, 18), welches zwischen dem Raumlichtmodulator (9) und der Bilderzeugungsoberfläche (2) angeordnet ist, zum Abtasten des durch den Raumlichtmodulator (9) in den zweiten optischen Weg (12, 16) reflektierten Lichtes.

2. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei welchem das optische Abtastgerät (10, 28) so ausgestaltet ist, daß es selektiv das von dem Raumlichtmodulator (9) reflektierte Licht gemäß dessen Wellenlänge abtastet, um ein Farbbild auf der Bilderzeugungsoberfläche anzuzeigen.

3. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das optische Abtastgerät ein reflektierender Spiegel, ein Prisma oder eine Linse ist.

4. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das optische Abtastgerät (10, 18) eine bewegliche reflektierende oder brechende Oberfläche aufweist.

5. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das optische Abtastgerät (10, 18) einen doppelseitig reflektierenden Spiegel (22) enthält, dessen reflektierende Oberflächen gedreht werden, um das von dem Raumlichtmodulator (9) reflektierte Licht abzutasten.

6. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das optische Abtastgerät (10, 18) ein ebenes Prisma (18) enthält, dessen brechende Oberflächen gedreht werden, um das vom Raumlichtmodulator (9) reflektierte Licht abzutasten.

7. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das optische Abtastgerät (10, 18) die Form einer vieleckigen Säule mit einem vieleckigen Querschnitt aufweist, deren reflektierende oder brechende Oberflächen gedreht werden, um das von dem Raumlichtmodulator (9) reflektierte Licht abzutasten.

8. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das optische Abtastgerät (10, 18) eine Vielzahl von reflektierenden oder brechenden Oberflächen aufweist, wobei jede der reflektierenden oder brechenden Oberflächen eine Filtercharakteristik, die Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereiches reflektiert oder bricht, aufweist.

9. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 8, bei welchem die reflektierenden oder brechenden Oberflächen in periodischer Weise mit der Filtercharakteristik versehen sind.

10. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem reflektierende oder brechende Oberflächen des optischen Abtastsystemes zumindest einen Umdrehungszyklus innerhalb einer Zyklusdauer der kritischen Flimmerfrequenz des menschlichen Auges abschließen.

11. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lichtquelle (3) eine Quelle, welche weißes Licht zur Verfügung stellt, enthält.

12. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Lichtquelle (3) mindestens drei lichtaussendende Elemente enthält, welche Licht bei den Schwerpunktwellenlängen, welche jeweils ungefähr roten, blauen und grünen Farben entsprechen, abstrahlt.

13. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lichtquelle (3) ein Impulslicht aussendet, dessen Wiederholungsrate gleich der Zeitdauer ist, die das optische Abtastgerät (10, 18) über die Breite der steuerbaren Elemente des Raumlichtmodulators (9) abtastet.

14. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiter enthaltend einen optischen Verschluß (17), welcher auf der lichtaussendenden Seite der Lichtquelle (3) angeordnet ist, wobei ein Betätigungszyklus des optischen Verschlusses (17) gleich der Zeitdauer ist, die das optische Abtastgeräte (10, 18) über die Breite der steuerbaren Elemente des Raumlichtmodulators (9) abtastet.

15. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem der Raumlichtmodulator (9) die steuerbaren Elemente mehr als einmal während der Zeitdauer des Lichtaussendens in dem Puls oder über den geöffneten Verschluß (17) steuert.

16. Ein visuelles Anzeigesystem nach Anspruch 13, 14 oder 15, weiter enthaltend Mittel zum Synchronisieren der Umdrehung des optischen Abtastgerätes (10, 18) und des Aussendens des Lichtes in dem Puls oder über den geöffneten Verschluß (17).

17. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Raumlichtmodulator (9) die steuerbaren Elemente mehr als einmal während einer Zyklusdauer der kritischen Flimmerfrequenz des menschlichen Auges steuert.

18. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Umdrehung des optischen Abtastgerätes (10, 18) derart gesteuert ist, daß dessen Abtastbereich in Intervallschritten um einen Winkel, der gleich ist dem Winkel, über welchen über die Breite der steuerbaren Elemente des Raumlichtmodulators (9) abzutasten ist, gedreht wird.

19. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter enthaltend Mittel zum Synchronisieren der Umdrehung des optischen Abtastgerätes (10, 18) und der Steuerung der steuerbaren Elemente.

20. Ein visuelles Anzeigesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Abtastzeit des optischen Abtastgerätes (10, 18) veränderbar ist in Bezug auf die Gesamtlänge der steuerbaren Elemente, welche in einer Zeile angeordnet sind.