專利名稱：具有塑料膜濾色片的色盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像顯示系統(tǒng)，尤其涉及采用色盤的數(shù)字圖像顯示系統(tǒng)。
以空間光調(diào)制器(SLM)為基礎(chǔ)的圖像顯示系統(tǒng)對(duì)以陰極射線管(CRT)為基礎(chǔ)的圖像顯示系統(tǒng)是一種替換系統(tǒng)。SLM系統(tǒng)提供高分辨率但沒有CRT系統(tǒng)那樣大的體積。
數(shù)字微鏡器件(DMD)是一種類型的SLM，它或用于直觀顯示器，或用于投影顯示器。DMD擁有一個(gè)由幾百或幾千個(gè)可傾斜的微鏡組成的陣列，每個(gè)微鏡都為一幅圖像的一個(gè)像素提供光。為了允許鏡傾斜，每個(gè)鏡都設(shè)置到安裝在支柱上的一個(gè)或多個(gè)樞紐，并在控制電路下通過(guò)流體(空氣或液體)間隙隔開?？刂齐娐诽峁╈o電力，使每個(gè)鏡有選擇地傾斜。作為顯示應(yīng)用時(shí)，將圖像數(shù)據(jù)輸入DMD的存儲(chǔ)單元內(nèi)，鏡根據(jù)該數(shù)據(jù)傾斜，或者將光反射到投影透鏡的入射光孔，或者從投影透鏡的入射光孔折射光，然后照射到成象平面上。
在SLM顯示系統(tǒng)中提供彩色圖像的一種方法被稱為“順序制彩色”。一幀圖像的所有像素用不同的顏色順序訪問(wèn)。例如，每個(gè)像素都可以有紅、綠和藍(lán)三種數(shù)值。然后，在每幀圖像周期，交替地用其紅、綠然后是藍(lán)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)該幀的像素。擁有三段同樣這些顏色的色盤與該數(shù)據(jù)同步，當(dāng)每種顏色的數(shù)據(jù)通過(guò)SLM顯示時(shí)，使入射到SLM上的光由色盤過(guò)濾。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)顯示速率，諸如每秒30幀的NTSC速率，人眼將感覺到圖像的色彩正常。
現(xiàn)有的色盤由圍繞輪轂設(shè)置的玻璃分色濾光片組成。這類色盤較難以制造并需要昂貴的涂覆工藝。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種用于顯示系統(tǒng)的色盤。該色盤基本上為剛性的輪轂加上薄塑料輪緣的濾色片材料。在一個(gè)實(shí)施例中，輪轂由前片和后片附著在一起形成整個(gè)圓形輪轂。該輪轂由剛性材料，例如塑料制成。若干濾色片段也由塑料材料制成，但它們可以是薄的，柔性的。這些濾色片段實(shí)際上是盤型(pie-shaped)的，這樣，每個(gè)濾色片段的圓形邊緣從輪轂的圓周延伸，濾色片段的另一邊緣固定在所述輪轂的前片與后片之間。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，與以前采用的二向色玻璃色盤相比，這是一種廉價(jià)的色盤。這將適合于批量生產(chǎn)并完全可以用塑料材料制成。這種色盤是輕量型的，極少有振動(dòng)的傾向。其較小的慣性允許在操作期間有更短的加速旋轉(zhuǎn)時(shí)間。在擁有兩片輪轂的實(shí)施例中，為將色盤安裝到色盤電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，提供了插入的緊固件。


圖1是一個(gè)方框圖，表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成和操作的具有色盤的顯示系統(tǒng)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)色盤的前視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)色盤的側(cè)視圖。
圖4是色盤的部件分解側(cè)視圖，表示將輪轂的兩片固定在一起的自固定裝置。
圖5是色盤另一個(gè)實(shí)施例的前視圖，它采用單片濾色片。
顯示系統(tǒng)概述以下的描述以通過(guò)SLM或其它像素陣列顯示器產(chǎn)生顯示圖像的顯示系統(tǒng)為依據(jù)。術(shù)語(yǔ)“像素陣列顯示器”從廣義上來(lái)講包括用一個(gè)個(gè)訪問(wèn)像素來(lái)產(chǎn)生顯示的任何類型的陣列。例如，顯示器可以是液晶陣列。然而，本發(fā)明并不局限于此種器件，它可以用于任何利用色盤作為順序制彩色顯示的顯示系統(tǒng)。例如，其中所述的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)用于白光CRT，其圖像用色盤過(guò)濾。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型的以SLM為基礎(chǔ)的圖像顯示系統(tǒng)10的方框圖，它采用色盤15。
在圖1所示的例子中，色盤15有三個(gè)濾色片段，一段為紅色，一段為綠色，一段為藍(lán)色。然而，其它顏色也可使用，少于或多于三種顏色也可使用。如下所述，本發(fā)明是針對(duì)于這樣一種色盤，在輪轂的外圓周上，其濾色片段由薄塑料膜制成。
以下對(duì)顯示系統(tǒng)10各個(gè)部件的概述提供了有助于了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。題為“標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立數(shù)字化視頻系統(tǒng)”的第5079544號(hào)美國(guó)專利，題為“數(shù)字電視系統(tǒng)”的第08/147249號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)，以及題為“DMD顯示系統(tǒng)”的第08/146385號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)都公開了與DMD為基礎(chǔ)的圖像顯示系統(tǒng)和其它類型的色盤有關(guān)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。題為“白光增強(qiáng)色場(chǎng)順序制投影”的5233385號(hào)美國(guó)專利，題為“順序制彩色成象方法和裝置”的第08/179028號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)，以及題為“用于色盤的數(shù)字式電動(dòng)機(jī)控制器”的第08/339379號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開了進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，描述了以SLM為基礎(chǔ)的顯示系統(tǒng)所用的色盤的一般原理。這些專利和專利申請(qǐng)的每一件均已轉(zhuǎn)讓給德克薩斯儀器公司，它們?cè)诖私Y(jié)合作為參考資料。
信號(hào)接口11接收某些類別的輸入信號(hào)。作為其中舉例需要，假定輸入信號(hào)為具有水平和垂直同步分量的標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號(hào)。然而，在其它系統(tǒng)中，輸入信號(hào)也可以是已經(jīng)為數(shù)字形式的圖解數(shù)據(jù)。
在采用視頻輸入信號(hào)的情況下，接口11將視頻信號(hào)從同步信號(hào)和音頻信號(hào)中分離出來(lái)。它包括A/D轉(zhuǎn)換器和Y/C分離器，它們將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為像素?cái)?shù)據(jù)取樣，并將亮度數(shù)據(jù)從色度數(shù)據(jù)中分離出來(lái)。信號(hào)可以在Y/C分離前轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，或者可以在數(shù)字化之前進(jìn)行Y/C分離。
像素?cái)?shù)據(jù)處理器12通過(guò)執(zhí)行各種處理任務(wù)制備顯示用的數(shù)據(jù)。處理器12包括處理存儲(chǔ)器，用以在處理期間存儲(chǔ)像素?cái)?shù)據(jù)。由處理器12執(zhí)行的任務(wù)可以包括線性化、色隙轉(zhuǎn)換(colorspaceconversion)和行產(chǎn)生(line generation)。線性化消除伽馬校正的影響，它在廣播信號(hào)上完成以補(bǔ)償CRT顯示器的非線性操作。色隙轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)據(jù)。行產(chǎn)生可以通過(guò)產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)填入奇數(shù)行或偶數(shù)行，將數(shù)據(jù)的隔行掃描場(chǎng)轉(zhuǎn)換為完整的幀。執(zhí)行這些任務(wù)的次序可以改變。
顯示存儲(chǔ)器13接收來(lái)自處理器12的經(jīng)處理的像素?cái)?shù)據(jù)。顯示存儲(chǔ)器13在輸入或輸出端將數(shù)據(jù)格式編成“比特—平面”格式，并將比特—平面?zhèn)魉偷絊LM14。比特—平面格式為SLM14的每個(gè)像素一次提供一個(gè)比特，并允許每個(gè)像素根據(jù)該比特的權(quán)導(dǎo)通或截止。例如，對(duì)于三種顏色的某一種，用8個(gè)比特表示每個(gè)像素，那每幀將有3×8＝24個(gè)比特—平面。含有最低有效比特的比特—平面將導(dǎo)致其顯示時(shí)間比含有最高有效比特的比特一平面更短。
在一種典型的顯示系統(tǒng)10中，存儲(chǔ)器13是一種雙重緩沖存儲(chǔ)器，這意味著它具有用于至少兩個(gè)顯示幀的容量。用于一個(gè)顯示幀的緩沖器可以向SLM14讀出，同時(shí)，用于另一個(gè)顯示幀的緩沖器則被寫入。這兩個(gè)緩沖器按一種“乒乓”方式控制，使數(shù)據(jù)可以連續(xù)送入SLM14。
SLM14可以是任何類型的SLM。出于舉例的目的，本說(shuō)明以其SLM為數(shù)字微鏡器件(DMD)的一種顯示系統(tǒng)為依據(jù)。然而，如上所述，同樣的概念也適用于采用其它類型的SLM或其它圖像發(fā)生器件的顯示系統(tǒng)。
入射到SLM14的光由光源16提供，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)的色盤15傳送。在圖1所示的系統(tǒng)中，SLM14為一種反射SLM(DMD)，色盤15在反射前用來(lái)濾光。作為一種替換方法，色盤15也可以這樣設(shè)置，使光在輻射或反射后才被過(guò)濾。
如前面背景描述中所述，用于每種顏色的數(shù)據(jù)是順序的，而數(shù)據(jù)的顯示是同步的，由此，色盤15的一部分，即光通過(guò)其傳送到SLM14的那部分對(duì)應(yīng)于被顯示的數(shù)據(jù)。在該描述的例子中，每個(gè)像素用RGB數(shù)據(jù)表示，這意味著每個(gè)像素具有紅色值、綠色值和藍(lán)色值。當(dāng)顯示一幀中所有像素的每種顏色所用的數(shù)值時(shí)，色盤15旋轉(zhuǎn)，光通過(guò)對(duì)應(yīng)的紅、綠或藍(lán)濾色片傳送。對(duì)于每個(gè)像素，將這三種數(shù)值的組合感覺為所需的顏色。
色盤15經(jīng)由軸15b由電動(dòng)機(jī)15a驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)15a包括控制色盤15之轉(zhuǎn)速和相位的控制器。例如，設(shè)想的轉(zhuǎn)速可以是每秒轉(zhuǎn)60圈，對(duì)應(yīng)于每秒60幀的顯示速率。相位則設(shè)置得當(dāng)用于濾色片的數(shù)據(jù)被顯示時(shí)，使色盤15的合適濾色片(紅、綠或藍(lán))正傳送來(lái)自SLM14的光。為了在色盤15與被顯示的數(shù)據(jù)之間維持正確的相位關(guān)系，色盤15可以加速或減速，或者數(shù)據(jù)可以顯示或跳過(guò)。
對(duì)于以DMD為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，傳送到SLM14的數(shù)據(jù)采用特定的比特—平面格式用于脈寬調(diào)制。一個(gè)像素的每個(gè)紅、綠、藍(lán)數(shù)值每幀具有n個(gè)比特。像素值為0(黑)將導(dǎo)致該幀期間該像素相對(duì)此顏色為截止。對(duì)于每種顏色，SLM14的每一微鏡元件都可以在從1LSB周期至2n-1LSB周期的持續(xù)時(shí)間內(nèi)“導(dǎo)通”。換句話說(shuō)，每種顏色都有2n-1個(gè)時(shí)間分割，在此期間，任何像素都可以在0與2n-1之間的任何個(gè)時(shí)間分割內(nèi)導(dǎo)通。
當(dāng)一幀數(shù)據(jù)顯示一幀周期(T秒)時(shí)，色盤15的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期為T秒。如果每種顏色顯示相同的時(shí)間，則色盤15上每種顏色將有同等尺寸的段，這樣每種顏色的數(shù)據(jù)將顯示T/3秒。LSB周期將是每種顏色的幀時(shí)間，它由該顏色的LSB周期數(shù)相除。
主定時(shí)單元18提供各種系統(tǒng)控制功能。主定時(shí)單元18提供的一種定時(shí)信號(hào)是為像素?cái)?shù)值的每一比特加權(quán)限定顯示時(shí)間的信號(hào)。
盡管圖1中未圖示，系統(tǒng)10還包括了投影透鏡以及各種其它的光學(xué)器件，用以收集來(lái)自SLM14的圖像并投影到圖像平面(屏幕)。
圖2和圖3分別為色盤15的前視圖和側(cè)視圖。色盤15的一般尺寸約為直徑4英寸，用于光點(diǎn)尺寸為4-6毫米的入射光。該尺寸已足夠大，使入射光與各濾色片段21之間的輪輻24或其它過(guò)渡處的重疊時(shí)間減至最小。
色盤15由剛性的兩片輪轂23組成，包括前片23a和后片23b。前片23a和后片23b采用將濾色片段21夾置的方法相連。用作輪轂23的一種合適的材料是塑料，因?yàn)樗菀啄盒纬善?3a和23b。
在本說(shuō)明的例子中，色盤15有三個(gè)濾色片段21，一個(gè)濾色片段用于三基色(紅、藍(lán)和綠)的每一基色。然而，在其它的實(shí)施例中，每種顏色也可以有一個(gè)以上的濾色片段。也可以是幾個(gè)濾色片段用于更多或更少的顏色，還可以有一個(gè)透明的片段。每個(gè)濾色片段21均由薄塑料材料制成。合適材料的例子為聚酯薄膜或聚酯軟片。將塑料浸漬于染料中，或者說(shuō)制成吸水性的濾色片以獲得所需的顏色。本發(fā)明的一個(gè)特征是濾色片段21無(wú)需是剛性的，它可以由相對(duì)柔性的材料制成。
每個(gè)濾色片段21實(shí)際上為盤形形狀，其內(nèi)部區(qū)域可以?shī)A置在輪轂23內(nèi)，其圓形的外周邊可以從輪轂23向外延伸。輪轂23的兩片23a和23b咬合或連接在一起，由此將濾色片段21的適當(dāng)部分“夾”起來(lái)。
如圖2所示，前片23a和后片23b在一個(gè)濾色片段21至另一個(gè)濾色片段的每個(gè)接合處都有輪輻24。這就期望濾色片段21將由分離的片組成。輪輻24連接相鄰濾色片段21的鄰接邊緣，并可在操作期間防止這些邊緣的風(fēng)阻，以及為色盤15的濾色部分增加剛性。
各種加工特征可以容易地模制到片23a和23b的內(nèi)表面，使這些片壓在一起時(shí)可以自行固定。例如，如圖4所示，其中一片23a可以有一個(gè)塑料套筒41從其內(nèi)表面凸起。另一片23b具有相應(yīng)的中心開口用于接受該套筒，開口的直徑設(shè)置成一個(gè)將為套筒41提供滑動(dòng)配合的尺寸。套筒41有一個(gè)楔41a，它同片23b中放大的楔形開口咬合在一起。這樣，允許片23a和23b夾到軸15b，無(wú)需另加其它部件。其它插入的加工特征也能容易想象，用聯(lián)鎖的楔或其它特征將輪轂23安裝到色盤電動(dòng)機(jī)軸15b。也可以采用外加的固定裝置，例如螺釘。
濾色片段21的厚度要在厚到足以提供一定的剛性以及薄到足以使光的損耗減至最小這兩者之間衡量。在某種程度上，操作期間的離心力可以補(bǔ)償剛性的不足。濾色片段21的典型厚度為1和2毫米之間。
如圖3所示，輪轂23可以在其安裝到色盤電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的中部做得更厚些。這將導(dǎo)致輪轂23圍繞色盤電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸有一個(gè)“質(zhì)量加載”，增加了適當(dāng)?shù)钠胶狻?br> 在另一個(gè)實(shí)施例中，色盤15的輪轂23可以僅用一個(gè)片23a組成。濾色片段21將通過(guò)諸如粘合劑繞著其周邊粘合到輪轂23的一側(cè)。如上所述，輪轂23具有將濾色片段21固定其上的輪輻24，它或者接合各個(gè)濾色片段21的邊緣，或者為色盤的濾色部分增加剛性。
圖5表示色盤15的另一個(gè)實(shí)施例，其中各個(gè)濾色片段21均由具有不同著色區(qū)域的單片材料制成，每個(gè)著色區(qū)域形成不同的濾色片段21。濾色片段21為環(huán)形，它可以固定在輪轂23的兩個(gè)片23a和23b之間，或者固定到單片輪轂23的一側(cè)。在此情況下，根據(jù)濾色材料的剛性，輪輻24不一定需要。
操作中，色盤15旋轉(zhuǎn)足夠快，以產(chǎn)生徑向氣流對(duì)因吸收輻射而發(fā)熱的濾色片段21進(jìn)行冷卻?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)每分鐘大約3600轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度令人滿意。
其它實(shí)施例盡管本發(fā)明是參照特定的實(shí)施例描述的，但這一描述并不意味著局限于某一范圍。對(duì)于本領(lǐng)域的熟練人員來(lái)講，對(duì)所述實(shí)施例所作的各種變換以及各種替換都是很顯然的。因此，認(rèn)為所附的權(quán)利要求書將覆蓋各種變換，它們均屬于本發(fā)明的實(shí)際范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示系統(tǒng)的色盤，其特征在于包括具有通常為圓形的輪轂，它由剛性材料制成；以及由塑料材料制成的兩個(gè)或兩個(gè)以上的濾色片段，所述濾色片段實(shí)際上為盤形形狀并連接在所述輪轂上，使所述濾色片段的圓形邊緣從所述輪轂延伸，并使所述濾色片段的相對(duì)邊緣固定到所述輪轂。
2.如權(quán)利要求1所述的色盤，其特征在于，所述輪轂具有連接在一起的前片和后片，所述濾色片段固定在所述前片與所述后片之間。
3.如權(quán)利要求2所述的色盤，其特征在于，所述前片和所述后片具有自行連接裝置，用以將所述前片連接到所述后片。
4.如權(quán)利要求2所述的色盤，其特征在于，所述前片或所述后片之一具有從其中心內(nèi)表面延伸的套筒，用以在所述色盤的軸的周圍作連接，所述前片或所述后片的另一個(gè)在其中心內(nèi)表面具有相應(yīng)的開口用以接受所述套筒。
5.如權(quán)利要求1所述的色盤，其特征在于，所述濾色片段連接到所述輪轂的一側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的色盤，其特征在于，所述濾色片段為吸水性的濾色片段。
7.如權(quán)利要求1所述的色盤，其特征在于，所述輪轂由塑料材料制成。
8.如權(quán)利要求所述的1所述的色盤，其特征在于，所述濾色片段由塑料材料制成。
9.如權(quán)利要求1所述的色盤，其特征在于，所述濾色片段的厚度為、1毫米數(shù)量級(jí)。
10.如權(quán)利要求1所述的色盤，其特征在于，所述輪轂的中心厚于其周邊。
11.一種用于顯示系統(tǒng)的色盤，其特征在于包括具有通常為圓形的輪轂，它由剛性材料制成；以及由塑料材料制成的濾色片，所述濾色片實(shí)際上為環(huán)形形狀并連接在所述輪轂的周邊周圍，使所述濾色片的圓形外緣從所述輪轂延伸，并使所述濾色片的內(nèi)部圓形邊緣連接到所述輪轂。
12.如權(quán)利要求10所述的色盤，其特征在于，所述輪轂具有連接在一起的前片和后片，所述濾色片固定在所述前片與所述后片之間。
13.如權(quán)利要求11所述的色盤，其特征在于，所述前片和所述后片具有自行連接裝置，用以將所述前片連接到所述后片。
14.如權(quán)利要求12所述的色盤，其特征在于，所述前片或所述后片之一具有從其中心內(nèi)表面延伸的套筒，用以在所述色盤的軸的周圍作連接，所述前片或所述后片的另一個(gè)在其中心內(nèi)表面具有相應(yīng)的開口用以接受所述套筒。
15.如權(quán)利要求11所述的色盤，其特征在于，所述濾色片連接到所述輪轂的一側(cè)。
16.如權(quán)利要求11所述的色盤，其特征在于，所述濾色片為吸水性的濾色片。
17.如權(quán)利要求11所述的色盤，其特征在于，所述輪轂由塑料材料制成。
18.如權(quán)利要求11所述的色盤，其特征在于，所述濾色片由塑料材料制成。
19.如權(quán)利要求11所述的色盤，其特征在于，所述濾色片的厚度為1毫米數(shù)量級(jí)。
20.如權(quán)利要求11所述的色盤，其特征在于，所述輪轂的中心厚于其周邊。
全文摘要
一種用于顯示系統(tǒng)(10)的色盤(15)，該色盤(15)包括剛性的輪轂(23)以及濾色片段(21)的外周邊，它們由薄的塑料材料制成。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1156262SQ9610612
公開日1997年8月6日 申請(qǐng)日期1996年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月13日
發(fā)明者弗蘭克·普拉迭旭 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司