DE69413908T2

DE69413908T2 - Bildanzeigesysteme

Info

Publication number: DE69413908T2
Application number: DE69413908T
Authority: DE
Inventors: Donald B. Irving Tx 75038 Doherty; Robert J. Plano Tx 75075 Gove; Stephen W. Richardson Tx 75080 Marshall; Richard C. Plano Tx 75023 Meyer; Jeffrey B. Plano Tx 75074 Sampsell
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1993-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2014-07-20
Also published as: EP0638892B1; TW289201B; US5365283A; KR100338609B1; EP0638892A1; CN1190845A; KR950003860A; CN1124900A; DE69413908D1; CA2128308A1; US5657099A; CN1107420C; CN1041685C

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf Bildanzeigesysteme und insbesondere auf ein Videoanzeigesystem, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist.
In EP-A-0 530 762 ist ein Videoanzeigesystem offenbart, in dem ein Steuersignal zum Initialisieren des Systems entweder beim Einschalten oder nach einer Kanalumschaltung verwendet wird. Während einer Kanalumschaltung wird das horizontale Austastsignal zum Austasten der gesamten Spiegelmatrix des räumlichen Lichtmodulators verwendet.
In US-A-4 197 558 ist ein Videoanzeigesystem offenbart, in dem ein Farbrad zum Erzeugen eines Farbfernsehbildes verwendet wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In Projektionsanzeigeanwendungen finden zunehmend räumliche Lichtmodulatoren (SLMs) Verwendung. Eine DMD ist ein Typ eines SLM mit einer Matrix aus mikromechanischen Spiegelelementen, die jeweils einzeln durch elektronische Daten adressierbar sind. Jedes Spiegelelement wird in Abhängigkeit von dem Zustand seines Adressierungssignals so bewegt, daß es entweder Licht auf eine Bildebene reflektiert oder nicht reflektiert.
Für Anzeigeanwendungen auf der Grundlage eines SLM muß das ankommende Videosignal in Binärdaten einer Form, die von dem SLM verwendet werden kann, umgesetzt werden. Im Ergebnis des Umsetzens der Daten aus der analogen in die digitale Form werden diese zunächst pixelweise, zeilenweise und vollbildweise angeordnet. Falls die Daten verschachtelt waren, können sie auch eine Abtastumsetzung von Teilbildern in Vollbilder erfordern.
Zum Beispiel zeigt eine DMD jeweils ein Bit pro Spiegelelement an. Mit anderen Worten, das von der DMD reflektierte Bild stellt in irgendeinem Moment eine Menge von Bits mit dem gleichen Binärgewicht dar. Somit müssen die Daten, bevor sie an den SLM geliefert werden, in "Bitebenen" neu formatiert werden. Für Pixel mit einer Auflösung von n Bits gibt es n Bitebenen pro Vollbild.
Das US-Patent mit der lfd. Nr 07/678.761, (US-A-5 278 652), mit dem Titel "DMD Architecture and Timing for Use in a Pulse-Width Modulated Display System" beschreibt einen Typ eines Projektionsanzeigesystems auf der Grundlage einer DMD. Es beschreibt außerdem ein Verfahren für das Formatieren von Videodaten zur Verwendung mit einem solchen System und ein Verfahren für das Modulieren von Bitebenen zur Erzeugung einer variierenden Intensität.
Die Farbbilder werden aus Bitebenen erzeugt, die verschiedene Farben darstellen. Als ein Beispiel könnten die Videodaten 24 Datenbits pro Pixel haben. Unter der Voraussetzung, daß die Farben rot, grün und blau sind, wären 8 Bits von diesen 24 Bits Rot-Daten, während 8 Bits für grün und 8 Bits für blau wären. Ein komplettes Videovollbild würde aus 24 Bitebenen-Bildern bestehen.
Ein Verfahren zum Erzeugen eines Farbbildes ist die Verwendung einer weißen Lichtquelle und eines Farbfilters vor dem SLM. In einem solchen Entwurf beleuchtet das weiße Licht den SLM, während das Farbfilter zwischen dem SLM und der Bildebene angeordnet ist, so daß das von dem SLM reflektierte Bild mit dieser Farbe gefiltert wird. In einem anderen solchen Entwurf ist das Farbfilter zwischen der weißen Lichtquelle und dem SLM angeordnet.
Eine übliche Verwirklichung des Farbfilterzugangs besteht darin, das Licht mit einem motorgetriebenen "Farbrad" mit einem Rot-Abschnitt, einem Blau-Abschnitt und einem Grün-Abschnitt zeitlich zu filtern. Während sich das Rad dreht, werden die Rot-, Blau- oder Grün-Daten durch den entsprechenden Abschnitt gesendet. Die Farben des endgültigen Bildes hängen von den Bitebenendaten für jede Farbe ab. Das US-Patent, lfd. Nr. 07/809.816, (US-A-5 233 380), mit dem Titel "White Light Enhanced Color Field Sequential Projection" beschreibt die Verwendung eines Farbrades für ein Projektionsanzeigesystem auf der Grundlage einer DMD.
In Farbradanwendungen müssen die Rotationsgeschwindigkeit und die Phase des Farbrades sowie die Zeit, zu der die Bilddaten von dem SLM reflektiert werden, synchronisiert werden. Mit anderen Worten, das Farbrad muß in der Weise rotieren, daß die Daten zur richtigen Zeit durch die richtige Farbe gesendet werden.
Eine Schwierigkeit der Schaffung eines richtig synchronisierten Farbrades besteht darin, daß eine Änderung von einem Videosignal zu einem anderen allgemein zu einer Änderung der Farbphase führt. Selbst wenn die neuen Daten die gleiche Frequenz wie die alten haben, ändert sich die Phase. Zum Beispiel kann der Betrachter in einem Fernsehsystem den Kanal umschalten, so daß für den SLM zu der Zeit, zu der die verarbeiteten Rot-Daten von dem alten Kanal verfügbar wären, verarbeitete Blau-Daten von dem neuen Kanal verfügbar sind. Wenn die Daten und das Farbrad nicht neu synchronisiert würden, wären im Ergebnis die Blau- Daten im SLM vorhanden, während sich der rote Teil des Farbrades vor dem SLM befindet.
Ein vorhandenes Verfahren zum Neusynchronisieren der Daten und des Farbrades ist das Ansteuern des Farbrades mit einem Motor mit hohem Drehmoment, der das Farbrad zum Einstellen seiner Phase schnell beschleunigen oder bremsen kann. Diese Motoren mit hohem Drehmoment sind jedoch teuer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Videoanzeigesystem, das einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) und ein motorgetriebenes Farbrad in der Weise verwendet, daß zwischen den für den SLM verfügbaren Daten und einer Position des Farbrades in bezug auf den SLM eine Farb/Phasen-Beziehung vorhanden ist, mit: einem Speicher mit einem getrennt adressierbaren Abschnitt zum Speichern von Daten, die jede von dem SLM anzuzeigende Farbe darstellen, so daß die Daten von einem ausgewählten Abschnitt zu einem gegeben Zeitpunkt gelesen werden können; und einer Zeigersteuereinheit, die einen Lesezeiger erzeugt, der eine Adresse im Speicher darstellt, von der Daten gelesen werden, und zum Bestimmen der Adresse und des Zeitpunkts des Lesens als Antwort auf ein Rückkopplungssignal von dem Farbradmotor, das die momentane Position des Farbrades in bezug auf den SLM angibt.
Ein technischer Vorteil des Speichers besteht darin, daß er das Farbrad und die Anzeige synchronisiert. Phasendifferenzen zwischen dem Farbrad und den für den SLM verfügbaren Daten können durch Steuern des Lesezeigers abgebaut werden. Der Motor des Farbrades muß das Farbrad lediglich mit einer konstanten Drehzahl pro Zeiteinheit ansteuern. Der Motor braucht zum Auflösen von Phasendifferenzen nicht beschleunigt oder verzögert zu werden. Somit kann ein weit weniger teurer Motor verwendet werden. Außerdem wird die Übergangszeit zum Erreichen der Synchronisierung minimiert. Für Fernsehanwendungen werden die für den SLM verfügbaren Daten nach einem Umschalten des Kanals schnell mit der Position des Farbrades neu synchronisiert. Beim Fernsehen sowie bei anderen Anwendungen reduziert die schnelle Neusynchronisierung unerwünschte Artefakte in dem Bild.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung zur Verwendung in dem Videoanzeigesystem der Erfindung, die ein motorgetriebenes Farbrad verwendet, um die Farb-Vollbilder der von einem Videosignal abgetasteten verarbeiteten Daten anzuzeigen, ist eine Farbradmotoreinheit. Ein phasenstarrer Oszillator empfängt ein horizontales Sync-Signal des Videosignals und erzeugt ein Impulssignal mit einer Frequenz des horizontalen Sync-Signals, multipliziert mit einem vorgegebenen Vielfachen. Ein erster Division-durch-n- Zähler empfängt das Impulssignal von dem phasenstarren Oszillator und dividiert die Frequenz des alternierenden Signals durch die Anzahl der Zeilen in jedem Vollbild, so daß er ein Vollbild-Impulssignal erzeugt, das gleich der Vollbildlänge, multipliziert mit dem vorgegebenen Vielfachen, ist. Ein zweiter Division-durch-n-Zähler empfängt das Vollbild-Impulssignal und dividiert dieses Signal durch einen vorgegebenen Teiler, so daß er ein Rechteckwellensignal mit einer Periode erzeugt, die gleich der Vollbildlänge ist. Das Signal kann zum Ansteuern eines Farbrad-Wechselstrom-Synchronmotors verwendet werden.
Die Verwendung des horizontalen Synchronisationssignals zum Ansteuern des Farbrad-Synchronmotors begrenzt die Zeit, während der sein Ansteuersignal im Ergebnis eines phasenändernden Ereignisses wie etwa eines Kanalumschaltung in Fernsehanwendungen unterbrochen ist. Dies liegt daran, daß die Unterbrechung zwischen den horizontalen Sync-Impulsen wesentlich geringer als die Unterbrechung zwischen den vertikalen Sync-Impulsen ist und daß der phasenstarre Oszillator/Teiler die Motoransteuerungs- Signalform während der horizontalen Neusynchronisierung aufrechterhält. Es erlaubt außerdem ein inkrementales Einstellen der Phase des Farbrades, was verschiedene Speichermanagementverfahren ermöglicht, die die Verwendung des Speicherraums maximieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein Grundblockschaltplan eines Projektionsanzeigesystems auf der Grundlage eines SLM, das in Übereinstimmung mit der Erfindung sowohl einen Bildspeicher als auch eine Motorsteuereinheit besitzt.
Fig. 2 zeigt die Zeigersteuereinheit von Fig. 1 und ihre Verbindungen mit dem Bildspeicher und mit dem Farbrad.
Fig. 3 zeigt die Phasenbeziehungen zwischen dem vertikalen Sync-Signal, der Position des Farbrades und den von dem SLM angezeigten Daten vor und nach einem phasenändernden Ereignis.
Fig. 4 zeigt, wie die Zeigersteuereinheit zum Erhalten einer In-Phase-Beziehung zwischen dem Farbrad und den von dem SLM angezeigten Daten verwendet wird.
Fig. 5 zeigt einen Teilbildpuffer, dessen Management in Übereinstimmung mit der Erfindung durchgeführt werden kann.
Fig. 6 zeigt die Motorsteuereinheit nach Fig. 1 und ihre Verbindungen mit dem horizontalen Sync-Signal und mit dem Farbradmotor.
Fig. 7 zeigt das von der Motorsteuereinheit von Fig. 6 erzeugte Ansteuersignal und die nahezu konstante Phasenbeziehung mit der Position des Farbrades.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das US-Patent, lfd. Nr. 07/678.761, erteilt als US 5.278.652 (TI-15721) mit dem Titel "DMD Architecture and Timing for Use in a Pulse-Width Modulated Display System" beschreibt einen Typ eines Anzeigeprojektionssystems auf der Grundlage einer DMD, jedoch ohne die Merkmale der vorliegenden Erfindung. Es beschreibt außerdem ein Verfahren für das Formatieren von Videodaten zur Verwendung mit einem solchen System und ein Verfahren für das Modulieren von Bitebenen zum Erzeugen von Graustufenbildern. Die allgemeine Verwendung eines Projektionssystems auf der Grundlage einer DMD mit einem Farbrad zum Schaffen sequentieller Farbbilder ist in dem US-Patent 5.233.380 (TI-15721) mit dem Titel "White Light Enhanced Color Field Sequential Projection" beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltplan eines Projektionsanzeigesystems 10 auf der Grundlage eines SLM, das Farbbilder aus von einem Videosignal abgetasteten Pixeldaten erzeugt. Das Videosignal kann irgendein Signal sein, von dem die Pixeldaten abgetastet werden können. Zum Beispiel könnte das Videosignal ein Fernsehübertragungssignal sein, das abgetastet und in RGB-Daten umgesetzt werden kann. Das Videosignal könnte außerdem ein RGB- Signal aus einer Quelle wie etwa von einem Computer sein oder könnte ein Digitalsignal sein. Auf alle Fälle ist eine gemeinsame Eigenschaft der verschiedenen Typen von Videosignalen das Vorhandensein eines vertikalen und eines horizontalen Synchronisationssignals (Sync-Signals) und einer Komponente, von der digitale Farbdaten abgetastet werden können. Für die Zwecke dieser Beschreibung wird ein Analogsignal vorausgesetzt.
Als eine Übersicht des Systems 10 empfängt eine Signalschnittstelleneinheit 11 das Videosignal und erzeugt analoge Video- und Synchronisationssignale für die Signalverarbeitungseinheit 12. Die Videosignale von der Schnittstelleneinheit 11 können entweder verschachtelte Signale oder nicht verschachtelte Signale sein und können entweder RGB-Daten oder Helligkeits/- Farbwertdaten darstellen.
Die Signalprozessoreinheit 12 setzt das analoge Videosignal in ein digitales Videosignal um. Sie kann außerdem Merkmale wie etwa Bild-im-Bild und eine Bildschirmanzeige hinzufügen. Im allgemeinen bereitet die Signalprozessoreinheit 12 die Daten zur Anzeige auf und erzeugt eine zentrale Zeitsteuerung für das System 10. Falls die Daten verschachtelt sind, liefert die Signalverarbeitungseinheit 12 außerdem eine Abtast-Umsetzung von Teilbildern in Vollbilder.
Die Anzeigeelektronikeinheit 13 führt in einem Datenformatierer 13a, der Daten-Bitebenen zur Implementierung sequentieller Farbbilder formatiert, eine Neuformatierung der digitalen Videodaten durch. Einzelheiten eines geeigneten Datenformatierers 13a finden sich in dem US-Patent 5.255.100 mit dem Titel "Data Formatter with Orthogonal Input/Output and Spatial Reordering". Ein Bildspeicher 13b speichert Vollbilder von Bilddaten zur Lieferung an den SLM 13c, wobei dessen Management in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung durchgeführt wird. Der SLM 13c kann irgendein Typ eines SLM sein. Obgleich diese Beschreibung hinsichtlich eines SLM vom DMD-Typ erfolgt, könnte in die Vorrichtung irgendein anderer Typ eines SLM eingesetzt und für das hier beschriebene Verfahren verwendet werden. Einzelheiten einer geeigneten DMD 13c finden sich in dem US-Patent Nr. 4.956.619 an Hornbeck mit dem Titel "Spatial Light Modulator".
Die Anzeigeoptikeinheit 14 empfängt das Bild von dem SLM 13c und erzeugt ein Anzeigebild für eine Bildebene wie etwa für einen Anzeigeschirm 17. Ein Farbrad 14a rotiert in der Weise, daß jede Bitebene durch ein entsprechendes Farbfilter gesendet wird. Für die Zwecke dieser Beschreibung entspricht das Farbrad 14a den Rot-, Grün- und Blau-Farbdaten, wobei aber andere Farben verwendet werden könnten.
Die Steuereinheit 15 stellt verschiedene Systemsteuerfunktionen bereit. Wie unten in Verbindung mit den Fig. 2-4 erläutert ist, besitzt sie eine Zeigersteuereinheit 15a, um den Zeitpunkt der für den SLM 13c verfügbaren Daten mit der Position des Farbrades 14a zu synchronisieren. Wie unten in Verbindung mit den Fig. 6 und 7 erläutert ist, besitzt sie außerdem eine Motorsteuereinheit 15b zum Bereitstellen eines Ansteuersignals DS für den Motor 16a. Der Entwurf und der Betrieb der Zeigersteuereinheit 15a und der Motorsteuereinheit 15b sind unabhängig; in einem Projektionsanzeigesystem 10 könnte eine von beiden oder könnten beide verwirklicht sein.
Die mechanische Einheit 16 stellt verschiedene mechanische Systemfunktionen bereit. Sie besitzt einen Motor 16a zum Antrieb des Farbrades 14a.
Fig. 2 zeigt die Zeigersteuereinheit 15a und ihre Beziehungen zu einem Bildspeicher 13b, zu dem SLM 13c, zu dem Farbrad 14a und zu den Farbradmotor 16a.
Ein Grundkonzept des Entwurfs nach Fig. 2 besteht darin, daß Farbphasenänderungen durch Steuern des Lesens von Daten aus dem Speicher 13b anstatt durch Ändern der Phase des Farbrades 14b neu synchronisiert werden. Wie oben im Hintergrund-Abschnitt beschrieben, können diese Phasenänderungen aus verschiedenen Gründen wie etwa im Ergebnis eines Umschaltens des Fernsehkanals auftreten.
Der Bildspeicher 13b besitzt drei Abschnitte, wobei für jede Farbe ein Abschnitt vorhanden ist. Für den Zweck dieser Beschreibung, die beispielhaft 24 Bit-Pixeldaten verwendet, wird vorausgesetzt, daß der Bildspeicher 13b für jedes Vollbild, das 8 Bitebenen für jede Farbe in einem "anzeigebereiten" Format umfaßt, 24 Bitebenen erzeugt. Mit anderen Worten, die aus dem Bildspeicher 13b ausgelesenen Daten werden in der Weise formatiert, daß jede Farbumsetzung, jede Abtastumsetzung und jede weitere Verarbeitung stattgefunden hat. Bei der Ausgabe ist jede Bitebene bereit zur Anzeige durch den SLM 13c. Während einer Vollbildperiode, die hier beispielhaft jeweils 1/60 Sekunde beträgt, werden diese 24 Bitebenen von dem SLM 13c angezeigt und umfassen ein "Vollbild". In Abhängigkeit von der Organisation des Bildspeichers 13b kann die Formatierung in DMD-anzeigebereite Bitebenen entweder vor der Eingabe, bei der Eingabe oder bei der Ausgabe stattfinden. Die Formatierung der Daten in Bitebenen und das Schreiben von Daten in einen Bildspeicher und das Auslesen von Daten aus diesem für die SLM-Anzeige ist in den oben diskutierten US-Patenten und -Patentanmeldungen diskutiert.
Der für die Bitebenendaten jedes Bits mit dem gleichen Binärgewicht zugeordnete Teil des Bildspeichers 13b wird hier als eine "Ebene" des Speichers 13b bezeichnet. Im allgemeinen arbeitet der Speicher 13b als ein FIFO-Puffer, so daß die Bitebenen aus ihren Speicherebenen in der gleichen Reihenfolge in den SLM 13c ausgelesen werden, in der sie hineingeschrieben werden. Wie unten in Verbindung mit Fig. 3 erläutert, besitzt jede Speicherebene tatsächlich einen Schreibpuffer und einen Lesepuffer, die "umgeschaltet" werden, so daß der eine geschrieben werden kann, während der andere gelesen wird. Dieses Verfahren wird gelegentlich auch als Puffer-"Ping-Pong" bezeichnet.
Um die Daten mit einer mit dem Quellvideosignal konsistenten Rate in den Bildspeicher 13b zu schreiben, wird ein Schreibzeiger WP verwendet. Typischerweise werden alle drei Abschnitte des Speichers 13b durch diesen Schreibzeiger gesteuert, so daß eine Bitebene von Daten von drei Speicherebenen, eine für jede Farbe, gleichzeitig empfangen wird. Das vertikale Sync-Signal kann verwendet werden, um den Schreibzeiger in der Weise zu steuern, daß die Vollbilder mit der gleichen durchschnittlichen Rate in den Speicher geschrieben werden, mit der die ankommenden Videodaten von dem Projektionssystem empfangen werden.
Um die Daten mit der gleichen Rate, mit der sie hineingeschrieben werden, aus dem Bildspeicher 13b in den SLM 13c auszulesen, wird ein Lesezeiger RP verwendet. Wie unten erläutert wird, wird dieser Lesezeiger in der Weise gesteuert, daß das Lesen mit der Phase des Farbrades 14a synchronisiert wird.
Der SLM 13c empfängt die Daten aus dem Bildspeicher 13b, wobei er jeweils eine Bitebene empfängt. Der SLM 13c ist an einem festen Punkt angeordnet, so daß das Farbrad 14a das von dem SLM 13c in die Bildebene 17 reflektierte Licht filtert. Der SLM 13c reflektiert weißes Licht aus einer (nicht gezeigten) Quelle, wobei ein Bild durch die Positionierung seiner Spiegelelemente gebildet wird. Das reflektierte Licht wird durch das Farbrad 14a gefiltert, wobei das farbgefilterte Bild auf die Bildebene 17 projiziert wird. Während das Farbrad 14b rotiert, wird die Bildebene 17 mit der Farbe beleuchtet, die sich momentan vor dem SLM 13c befindet. Wie im Hintergrund angegeben ist, könnte das Farbrad 14a auch zwischen der weißen Lichtquelle und dem SLM 13c angeordnet werden, wobei die hier beschriebene Erfindung anwendbar wäre.
Für die Verwirklichung der Fig. 2-4 kann der Farbradmotor 16a irgendein Typ eines Motors sein, der das Farbrad 14b mit einer konstanten Geschwindigkeit antreibt. Für die Zwecke dieser Beschreibung wird angenommen, daß diese Geschwindigkeit mit der Bildrate von 60 Vollbildern pro Sekunde konsistent ist und somit 60 Umdrehungen pro Sekunde beträgt.
Wieder in Fig. 1 besitzt das Farbrad 14a an jeder Grenze zwischen verschiedenen Farben eine Farbgrenze B. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist in der Nähe des Farbrades 14a eine Auswerteschaltung 21 derart angeordnet, daß sie, während das Farbrad 14a rotiert, eine Markierung 23 auf einer dieser Grenzen abtastet. Die Auswerteschaltung 21 erzeugt für jede Umdrehung des Farbrades 14a ein Signal, das sie an den Taktgeber 15a liefert. Dies ermöglicht dem Taktgeber 15a zu bestimmen, wann jede Grenze an einem festen Bezugspunkt vorbeigeht.
Die Beziehung zwischen den an den SLM 13c gelieferten Daten und der Position des Farbrades 14a wird hier als eine "Farb- Phasen"-Beziehung bezeichnet. Die Daten und das Farbrad 14a sind "in Phase", wenn von dem SLM 13c alle Bitebenen für eine Farbe angezeigt werden, während dieser Farbabschnitt des Farbrades 14a vor dem SLM 13c vorbeigeht.
Das Farbrad 14a rotiert einmal pro Vollbildperiode, wobei eine "Vollbildperiode" die Zeitperiode zwischen den vertikalen Sync- Impulsen darstellt. Für 24 Bit Pixeldaten führt das Farbrad 14a eine Umdrehung aus, während von dem SLM 13c alle 24 Bitebenen angezeigt werden.
Der Taktgeber 15a erzeugt ein Motoransteuersignal DS, das er an den Motor 16a, an das Farbrad 14b zum Ansteuern mit einer konstanten Geschwindigkeit in Umdrehungen pro Sekunde liefert. Der Taktgeber 15a erzeugt außerdem den Schreibzeiger WP und den Lesezeiger RP, um den Datenfluß in den Bildspeicher 13b hinein und aus diesem heraus zu steuern.
Fig. 3 zeigt die Phasenbeziehungen zwischen dem vertikalen Sync-Signal V, der Position des Farbrades 14a und den von dem SLM 13c angezeigten Daten vor und nach einem phasenändernden Ereignis. Beispielhaft ist die von einer durch ein Umschalten des Kanals eines Fernsehsignals bewirkten Unstetigkeit des vertikalen Sync-Signals verursachte Phasenänderung gezeigt.
Vor dem Umschalten des Kanals sind das vertikale Sync-Signal, das Farbrad 14a und die Daten alle in Phase, wobei das vertikale Sync-Signal jeder Blau-Rot-Grenze des Farbrades 14a und dem Beginn der roten Daten entspricht.
Nach einem Umschalten des Kanals sind das vertikale Sync-Signal und das Farbrad 14a in dem Sinn nicht mehr in Phase, daß das vertikale Sync-Signal und der Beginn einer Umdrehung des Farbrades nicht notwendig aneinander angepaßt sind. Falls die Daten für das erste Vollbild des neuen Kanals am Beginn des vertikalen Sync-Signals in den SLM 13c ausgelesen würden, wären die Daten und das Farbrad 14a nicht aneinander angepaßt. Mit anderen Worten, die Daten und das Farbrad 14a wären außer Phase. Wie angegeben, wird jedoch die In-Phase-Beziehung zwischen der Position des Farbrades und den von der DMD 13b angezeigten Daten erhalten.
Fig. 4 zeigt, wie das Management des Bildspeichers 13b erfolgt, um eine In-Phase-Beziehung zwischen dem Farbrad 14a und den von dem SLM 13c angezeigten Daten zu erhalten. Für jeden R-, G- oder B-Abschnitt des Speichers 13b ist eine einzelne Speicherebene 41 gezeigt, wobei aber selbstverständlich ist, daß jeder R-, B- oder G-Abschnitt soviel Ebenen besitzt, wie Bits für diese Farbe vorhanden sind. In dem 24 Bit-Pixel-Beispiel dieser Beschreibung besitzt jeder R-, B- oder G-Abschnitt 8 Speicherebenen 41.
Ein Merkmal des Bildspeichers 13b besteht darin, daß auf irgendeinen seiner R-, G- oder B-Abschnitte unabhängig zugegriffen werden kann, um das Auslesen einer Bitebene in den SLM 13c zu beginnen. Wenn z. B. die Rot-Grenze des Farbrades 14a einen richtigen Punkt erreicht, kann die Zeigersteuereinheit 15a den Lesezeiger RP anweisen, die Rot-Bitebenen aus dem Rot- Abschnitt des Speichers 13b auszulesen. Das Lesen wird dann für den Grün- und Blauabschnitt wiederholt. Nachdem die Blau- Bitebenen aus dem Blau-Abschnitt ausgelesen wurden, kehrt der Lesezeiger in den Rot-Abschnitt zurück.
Jeder Speicherebene 41 ist ein Speicherraum für einen Lesepuffer und für einen Schreibpuffer zugeordnet. Der Schreibpuffer wird mit Bitebenendaten beschrieben, während aus dem Lesepuffer eine frühere Bitebene ausgelesen wird. Nachdem der Lesepuffer ausgelesen wurde, werden der Schreibzeiger und der Lesezeiger "umgeschaltet", so daß der Schreibpuffer der Lesepuffer wird und umgekehrt. Außerdem besitzt jede Speicherebene 41 einen Schreibüberlauf-Speicherraum 45.
In Fig. 4 ist die schraffierte Fläche für jede Speicherebene 41 der momentane Lesepuffer, während die nichtschraffierte Fläche der momentane Schreibpuffer ist. Die Lesepuffer enthalten eine gesamte Bitebene n. Wie die Position des Lesezeigers angibt, ist eine blaue Bitebene an der Reihe, gelesen zu werden. Die Schreibpuffer werden mit der Bitebene n + 1 beschrieben. Die Überlauffläche 45 ist für den momentanen Schreibpuffer verfügbar. Nachdem die Puffer umgeschaltet sind, ist die Schreibüberlauffläche 45 für den nunmehrigen momentanen Schreibpuffer verfügbar.
Der Sensor 21 ist in bezug auf den SLM 13c in der Weise angeordnet, daß eine bekannte Zeitbeziehung zwischen der Bezugsgrenze und der Position des Bildes von dem SLC 13c besteht. In einer einfachen Ausführung könnte der Sensor 21 in der Weise angeordnet sein, daß er die Bezugsgrenze abtastet, wenn diese Grenze vor dem SLM 13c vorbeigeht.
Beim Betrieb erfaßt der Sensor 21 die Bezugsgrenze und liefert ein Rückkopplungssignal an die Zeigersteuereinheit 15a. Aus diesen Informationen bestimmt die Steuereinheit 15a, wann irgendeine nächste Grenze erreicht wird. Alternativ könnte zum Erzeugen eines eindeutigen Signals jede Grenze auf dem Farbrad 14a erfaßt werden, wenn sie an dem Sensor 21 vorbeigeht. Auf jeden Fall erzeugt die Zeigersteuereinheit 15a zum richtigen Zeitpunkt einen Lesezeiger auf den richtigen Abschnitt des Speichers 13b.
In Fig. 4 hat sich das Farbrad 14a nach dem phasenändernden Ereignis aus Fig. 3 in eine Position gedreht, in der seine nächste Grenze, die Grün-Blau-Grenze, wie von dem Sensor 21 erfaßt, vor dem SLM 13c ist. Als Antwort sendet der Sensor 21 ein Signal an die Steuereinheit 15a, die den Lesezeiger auf eine Ebene 41 des Blau-Abschnitts des Speichers 13b verschiebt, so daß für den SLM 13c die Blau-Daten verfügbar sind, während sich der Blau-Teil des Farbrades 14a vor dem SLM 13c befindet. Unterdessen wurde das Auslesen der Daten während der Zeit, die zum Einschreiben eines Vollbildes von Daten des neuen Kanals erforderlich ist, zuzüglich der Zeit, die das Farbrad 14a zum Fortschreiten zur Grün-Blau-Grenze benötigte, verzögert.
Für jede Speicherebene 41 beträgt die Kapazität des Schreibüberlaufabschnitts 45 wenigstens 1/3 Bitebene. Somit hat der zum Einschreiben von Daten zugeordnete Abschnitt jeder Speicherebene 41 eine Kapazität von wenigstens 1 1/3 Bitebenen. Dies ist an die Situation des "schlimmsten Falls" angepaßt, wenn eine Grenze gerade an der Bildanzeige vorbeigegangen ist und vor dem Erreichen einer neuen Grenze 1/3 Vollbildperiode abläuft. In dieser Situation wird das Schreiben während 1/3 Vollbildperiode fortgeführt, bevor das Lesen fortgesetzt wird.
Fig. 5 zeigt die Prozessoreinheit 12 ausführlicher. Die Verarbeitungsaufgaben werden in zwei Funktionseinheiten 12a und 12c aufgeteilt, wobei sich in dem Datenpfad zwischen ihnen der Bildpuffer 12b befindet. Der Bildpuffer 12b wird verwendet, um ein Bild während der Zeit zu erzeugen, während der das Farbrad nicht synchronisiert ist, wobei er außerdem eine "Bildverteilungs"-Funktion ausführt. Als eine Alternative zum oben diskutierten Management des Bildspeichers 13b zum Erzeugen einer Farbradsynchronisierung könnte das Management des Bildpuffer 12b in einer ähnlichen Weise durchgeführt werden. Diese Alternative ist besonders nützlich, wenn das Videosignal verschachtelt ist, da der Bildpuffer 12b typischerweise kleiner und weniger teuer ist als der Bildpuffer 13b und seine Größe mit geringerem Aufwand vergrößert werden kann.
Wieder in Fig. 3 wird eine kurze Unstetigkeit der Position des Farbrades 14a angenommen, die mit der Zeitperiode übereinstimmt, während der das vertikale Sync-Signal unterbrochen wird. In der Praxis ist die Verwendung des vertikalen Sync- Signals eine Einrichtung für das Ansteuern des Motors 15a für das Farbrad 14a. Somit führt ein Phasenänderungsereignis zu einer Übergangsperiode, während der der Motor 15a sein Ansteuersignal verliert und nach der der Motor 15a gegenüber dem vertikalen Sync-Signal neu synchronisiert werden muß. Während dieser Zeit kann das angezeigte Bild verzerrt werden oder es können andere Einrichtungen zum Austasten der Anzeige verwendet werden.
Fig. 6 zeigt eine Motorsteuereinheit 15b, die aus dem horizontalen Sync-Signal ein Ansteuersignal ableitet. Wie unten erläutert wird, reduziert dieses die Übergangswirkung auf die Position des Farbrades 14a während eines Phasenänderungsereignisses und ermöglicht außerdem ein inkrementelles Einstellen der Phase des Farbrades.
Obgleich die Motorsteuereinheit 15b hier zur Verwendung in einem Projektionssystem 10 auf der Grundlage eines SLM beschrieben ist, könnte sie mit irgendeinem anderen Typ eines Videoanzeigesystems verwendet werden, das ein horizontales Sync-Signal empfängt und ein Farbrad verwendet. Zum Beispiel könnte die Motorsteuereinheit 15b in einem Rasterabtast-Anzeigesystem verwendet werden.
Die Motorsteuereinheit 15b besitzt einen Oszillator 61, der das horizontale Sync-Signal empfängt. In dem Beispiel dieser Beschreibung stellt das horizontale Sync-Signal 525 Zeilen pro Vollbild dar. Wie unten beschrieben ist, multipliziert der Oszillator 61 das Signal mit einem vorgegebenen Frequenzvielfachen, so daß die Division-durch-n-Zähler 65 ein Rechteckwellensignal erzeugen. In diesem Beispiel läuft der Oszillator 61 zum Erzeugen eines ersten Impulssignals mit der vierfachen Frequenz des horizontalen Sync-Signals. Typischerweise ist der Oszillator 61 ein spannungsgesteuerter Oszillator zur Bereitstellung eines Impulsausgangssignals.
Der Division-durch-n-Zähler 65 empfängt das Impulssignal von dem Oszillator 61. Er dividiert das Signal durch die Anzahl der Zeilen pro Vollbild. Somit ist in dem Beispiel dieser Beschreibung n = 525. Das Ergebnis ist ein "Vollbild-Impuls"-Signal mit einer Frequenz, die gleich der des vertikalen Sync-Signals, multipliziert mit dem Frequenzvielfachen des Oszillators 61, ist.
Ein zweiter Division-durch-n-Zähler 65 dividiert dann das Signal durch einen vorgegebenen Frequenzteiler, der halb so groß wie das Vielfache des Oszillators 61 ist. In diesem Beispiel, in dem das Vielfache 4 ist, hat der Zähler 65 den n-Wert 2. Das resultierende Rechteckwellensignal ist symmetrisch und hat eine Frequenz von 60 Zyklen pro Sekunde, die an die Frequenz von 60 Vollbildern pro Sekunde des vertikalen Sync-Signals angepaßt ist. Dieses Rechteckwellensignal kann verstärkt oder anders zum Ansteuern eines Einphasen-Wechselstrommotors 16a aufbereitet werden.
Obgleich dies in Fig. 6 nicht gezeigt ist, könnte die Steuereinheit 60 außerdem verwendet werden, um ein Paar Ansteuersignale für einen Quadraturphasenmotor bereitzustellen. In diesem Fall hätte der Oszillator 61 eine Frequenz, die gleich dem Achtfachen der des horizontalen Sync-Signals ist. Der Zähler 65 könnte ein Division-durch-4-Johnson-Zähler für die zwei Ausgangssignale sein, die jeweils eine Frequenz von 60 Zyklen pro Sekunde, in bezug zueinander aber eine Phasendifferenz von einem halben Zyklus haben.
Fig. 7 zeigt das gleiche Kanalumschaltereignis wie Fig. 3, jedoch mit einer Farbradposition, die die Übergangsperiode vermeidet. Außerdem zeigt Fig. 6 das von der Motorsteuereinheit 15b erzeugte Ansteuersignal DS. Wenn ein Phasenänderungsereig nis auftritt, wird die Erzeugung des Ansteuersignals im Ergebnis der Verwendung des horizontalen Sync-Signals zum Ansteuern des Motors 16a ohne eine deutliche Unstetigkeit fortgeführt. Die Übergangszeit ist auf die Periode einer Zeile anstatt auf die Periode eines Vollbildes des Signals beschränkt. Mit anderen Worten, die maximale Unterbrechung ist die Zeitperiode zwischen zwei horizontalen Sync-Impulsen, die für ein 525-Zeilen- Vollbild in der Größenordnung von 64 Mikrosekunden liegt.
Ein weiterer Vorteil der Motorsteuereinheit 15b ist die Fähigkeit, das Farbrad 14a mit dem vertikalen Sync-Signal neu zu synchronisieren. Wieder mit Bezug auf Fig. 3 ist das Farbrad 14a nach einem phasenändernden Ereignis im allgemeinen nicht in Phase mit dem vertikalen Sync-Signal. In Systemen, in denen der Schreibzeiger von dem vertikalen Sync-Signal angesteuert wird, kann dies zu Situationen führen, in denen der Lesezeiger am Ende des momentan angezeigten Vollbildes ist, während der Schreibzeiger am Beginn des nächsten Vollbildes ist. Dies führt zu einer maximalen Verwendung des Speicherraums. Falls die Phase des Farbrades 14a jedoch inkrementell an die Phase des vertikalen Sync-Signals angepaßt werden kann, können der Lesezeiger und der Schreibzeiger einander nähergebracht werden. Dies wird mit kleinen Änderungen der Periode der Ansteuersignalform wie etwa durch inkrementelles Erhöhen oder Verringern des n- Werts des Zählers 65 erreicht, bis die gewünschte Phasenbeziehung erreicht ist. Um den Speichergebrauch zu optimieren, könnte eine Situation erhalten werden, in der die Lesezeiger in der Weise positioniert wären, daß jeder Abschnitt des Speichers 13b zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt halbvoll ist.

Claims

1. Videoanzeigesystem (10), das einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) (13c) und ein motorgetriebenes Farbrad (14a) in der Weise verwendet, daß zwischen den für den SLM (13c) verfügbaren Daten und einer Position des Farbrades (14a) in bezug auf den SLM (13c) eine Farb/Phasen-Beziehung vorhanden ist, wobei ein Rückkopplungssignal (21) vom Farbradmotor die momentane Position des Farbrades in bezug auf den SLM angibt, und einen Bildspeicher (13b) enthält, der einen getrennt adressierbaren Abschnitt zum Speichern von Daten, die jede durch den SLM anzuzeigende Farbe repräsentieren, besitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Bildspeicher (13b) einen Schreibüberlaufspeicher (45) zum Speichern von Daten während einer Phasenänderung des Videosignals besitzt;

die jede Farbe repräsentierenden Daten zu einem gegebenen Zeitpunkt einschließlich des Zeitpunkts, zu dem eine Phasenänderung auftritt, adressierbar sind; und

eine Zeigersteuereinheit (15a) vorgesehen ist, die einen Schreibzeiger erzeugt, der eine Adresse im Bildspeicher (13b) repräsentiert, aus dem Daten auszulesen sind, und zum Bestimmen der Adresse und des Zeitpunkts des Lesens als Antwort auf das Rückkopplungssignal.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Bildspeicher eine Menge von Speicherebenen zum Speichern von Bitebenen von Daten besitzt.

3. System nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der oder jeder Speicher abwechselnd Schreib- und Lesepuffer enthält.

4. System nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die Zeigersteuereinheit (15a) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Schreibzeigers enthält, der eine Adresse repräsentiert, in die Daten geschrieben werden.

5. System nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei das System Farbvollbilder von einem Videosignal mit einem horizontalen Sync-Signal und einem vertikalen Sync-Signal anzeigt, wobei das System ferner eine Farbrad-Steuereinheit (60) enthält, die umfaßt:

einen Oszillator (61) für den Empfang des horizontalen Sync- Signals und zum Erzeugen eines ersten Impulssignals mit einer Frequenz des horizontalen Sync-Signals, multipliziert mit einem Frequenzvielfachen;

einen Division-durch-n-Zähler (65), der das erste Impulssignal vom Oszillator (61) empfängt und das Wechselsignal durch einen Wert dividiert, der gleich der Anzahl von Zeilen in jedem Vollbild ist, so daß er ein Bildimpulssignal erzeugt; und

einen zweiten Division-durch-n-Zähler (65), der das Vollbild- Impulssignal empfängt und das Vollbild-Impulssignal mit einem Teiler mit vorgegebener Frequenz dividiert, so daß er ein Rechteckwellensignal mit einer Periode, die gleich derjenigen des vertikalen Sync-Signals ist, erzeugt.

6. System nach Anspruch 5, wobei der Oszillator (61) ein erstes Impulssignal mit einer Frequenz erzeugt, die gleich dem Vierfachen des horizontalen Sync-Signals ist, und wobei der zweite Division-durch-n-Zähler (65) das Vollbild-Impulssignal durch zwei dividiert.

7. System nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei der Oszillator (61) ein spannungsgesteuerter Oszillator ist.

8. System nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, ferner mit einer Einrichtung zum Umsetzen des Rechteckwellensignals in zwei außer Phase befindliche Signale zum Ansteuern eines Phasenmotors.

9. System nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der zweite Division-durch-n-Zähler (65) ein Johnson-Zähler für die Erzeugung von zwei Rechteckwellensignalen ist.

10. System nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der erste Division-durch-n-Zähler (65) zu mehr als einem Wert von n geändert werden kann.