專利名稱：彩色顯示裝置以及彩色顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時分驅(qū)動實現(xiàn)彩色圖像生成的彩色顯示裝置，以及彩色顯示方法。
然而，在用上述時分驅(qū)動的DMD投影儀和彩色液晶顯示裝置等彩色顯示裝置內(nèi)，例如，當(dāng)鑒賞者的眼睛橫穿屏幕和顯示器的目標(biāo)圖像時，存在一個問題，即鑒賞者感覺到彩色分離。因此，在鑒賞圖像上產(chǎn)生彩色偏移，從而顯示品質(zhì)降低。
此外，在時分驅(qū)動的投射型顯示裝置(即DMD投影儀或液晶投影儀)的情況下，存在一個問題，即由于位于屏前的演示者實施的動作，例如用指示棒或手指在屏上指，以及橫穿屏前的動作，觀看者會感覺到彩色分離。因此，存在在觀測圖像上產(chǎn)生彩色偏移，顯示品質(zhì)降低，觀察者有疲勞感等問題，此外，有報導(dǎo)指出，即使在內(nèi)視鏡等攝像裝置也發(fā)生同樣的彩色偏移的感覺。
通常，大家知道，在觀看由時分驅(qū)動方式的彩色顯示裝置產(chǎn)生的圖像時，通過隨意地或非隨意地產(chǎn)生的眼球運(yùn)動，在視網(wǎng)膜上物理地形成的R(紅)，G(綠)，B(蘭)色光的彩色帶，由此產(chǎn)生心理上感覺色分離的現(xiàn)象(以下稱為色亂)。
在這里，對因人的眼球運(yùn)動而產(chǎn)生的色亂進(jìn)行說明，

圖12表示在觀看按時間順序(以下稱為色序)驅(qū)動產(chǎn)生的RGB原圖像時，通過隨意地或非隨意地產(chǎn)生的眼球運(yùn)動，在視網(wǎng)膜上物理地形成RGB彩色光的彩色帶的機(jī)理。在時分驅(qū)動的彩色顯示裝置上，同步信號處理RGB各色光和與其對應(yīng)的圖像，產(chǎn)生空間上沒有相位畸變的R圖像，G圖像，B圖像。人通過高層次視覺中樞，對該RGB的各色圖像按照時間積分加法混色，作為與原圖像等效的彩色圖像認(rèn)識，然而在實際上，圖像鑒賞期間，人會無意地或有意地眨眼或視線移動。這時通過色順序驅(qū)動，時間積分地生成的RGB的各圖像受眼球運(yùn)動的空間影響，如圖12所示，在視網(wǎng)膜上物理地形成RGB的彩色帶，由此在高層次的視覺中樞上作為色亂被感覺。
以下參照圖13對通過色順序驅(qū)動在視網(wǎng)膜上生成的彩色圖像的理想模型(時間積分型加法混色)和實際模型(時空積分型加法混色)進(jìn)行比較說明，在該圖中，縱座標(biāo)表示時間，橫座標(biāo)表示空間。此外，雖然該圖是表示3幀圖像，然而在通過色順序驅(qū)動產(chǎn)生的彩色圖像上，是通過由幀頻唯一決定的時間差，將在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生的R圖像，G圖像，B圖像在高層次視覺中樞彩色合成的一種系統(tǒng)。因此，正如同圖左側(cè)所示，形成一幀的R圖像，G圖像，B圖像(例如AR圖像，AG圖像，AB圖像)，通過由幀頻唯一決定的時間差在視網(wǎng)膜上生成，但是這是未產(chǎn)生空間偏移的理想情況。然而，在實際上由于與眼球運(yùn)動有關(guān)，正如同圖右側(cè)所示，形成一幀的R圖像，G圖像，B圖像(例如AR＇圖像，AG＇圖像，AB＇圖像)，由幀頻唯一決定的時間差以及由眼球運(yùn)動速度-唯決定的空間位置偏移同時在視網(wǎng)膜上生成。這個現(xiàn)象只是發(fā)生眼球運(yùn)動時產(chǎn)生的現(xiàn)象，在眼球靜止的狀態(tài)或相對靜止的狀態(tài)(例如用眼睛跟蹤蒼蠅的運(yùn)動的狀態(tài))不會產(chǎn)生。此外，這也依眼球運(yùn)動方向而發(fā)生的狀態(tài)不同(例如作為圖13的右側(cè)的第1幀的AR＇圖像，AG＇圖像，AB＇圖像以及作為第3幀的CR＇圖像，CG＇圖像，CB＇圖像其產(chǎn)生的方向成為反向)。
如上所述，在時分驅(qū)動方式(色順序驅(qū)動方式)的彩色顯示裝置內(nèi)，以時間積分型加法混色作為前提，以生成彩色作為基礎(chǔ)，但是由于眼球運(yùn)動推翻了這種前提，所以基礎(chǔ)(理想)不再成立，會產(chǎn)生上述心理的色亂的感覺問題。圖14是表示通過如上所述的色順序驅(qū)動方式和視覺系統(tǒng)的組合構(gòu)成的彩色圖像生成模型的說明圖。正如由該圖所判斷的那樣，在由色順序驅(qū)動方式的彩色圖像生成中，有必要考慮人的因素1的眼球運(yùn)動和人的因素2的心理色亂感覺，開發(fā)彩色顯示裝置。尤其是在投射型顯示裝置，除考慮上述人的因素之外，還有任務(wù)，就是去抑制由于站立于屏前進(jìn)行演示的演示者的動作等引起的色亂感的產(chǎn)生。
大家知道，如上所述的色亂可以通過提高幀頻到約2000Hz～3000Hz左右，縮小三色光的時間差，使物理地色帶寬度變狹，從而感覺不到。然而，目前的狀況是約為120Hz的幀頻，實際上用2000Hz-3000Hz那樣高的幀頻的圖像生成驅(qū)動和彩色生成驅(qū)動是困難的。
本發(fā)明是考慮上述問題做成的，其目的是提供時分驅(qū)動方式的彩色顯示裝置及其彩色顯示方法，其中，不會感覺由于演示者進(jìn)行的動作引起的色亂感或由于眼球運(yùn)動引起的色亂感。
發(fā)明的公開本發(fā)明的彩色顯示裝置配備有彩色光生成單元和圖像生成單元，前者用于按照時間順序以預(yù)定頻率重復(fù)生成多個彩色光，后者用于處理該多個彩色光，以便按時間順序生成與多個彩色光分別對應(yīng)的圖像，該預(yù)定的頻率是180Hz以上，由此達(dá)到上述目的。
更好前述預(yù)定的頻率為250Hz以上。
最好前述預(yù)定的頻率為300Hz以上。
在某些實施例，前述彩色光生成單元具有光源和濾色鏡，后者用于使該光源來的光生成前述多個彩色光。
在另一實施例，前述彩色光生成單元具有發(fā)出彼此不同的彩色光的多個光源，該多個光源按照時間順序點亮。
在某實施例，根據(jù)第1～5方面的任一方面所述的彩色顯示裝置，前述圖像生成單元是反射型的電光學(xué)裝置。
在又另一實施例，前述電光學(xué)裝置是液晶裝置。
在又另一實施例，前述電光學(xué)裝置是數(shù)字微反射鏡裝置。
在又另一實施例，前述圖像生成單元具有透光型電光學(xué)裝置。
在又另一實施例，前述彩色顯示裝置還具有投射前述圖像的透鏡。
本發(fā)明的彩色顯示方法包含彩色光生成步驟和圖像生成步驟，前者按照時間順序以預(yù)定頻率重復(fù)生成多個彩色光，后者處理該多個彩色光，以便按照時間順序生成與該多個彩色光分別對應(yīng)的圖像。該預(yù)定的頻率是180Hz以上，由此可以達(dá)到上述目的。
更好前述預(yù)定的頻率為250Hz以上。
最好前述預(yù)定的頻率為300Hz以上。
根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)定在視覺系統(tǒng)彩色識別低的彩色光重復(fù)頻率區(qū)域，因此，例如可以抑制或防止觀察者感覺到因站立在屏前進(jìn)行演示的演示者或屏面前的物體動作等引起的色亂。此外，也可以防止觀察者感覺到由觀察者的眼球運(yùn)動引起的色亂。而且，不用大幅度提高時分驅(qū)動方式彩色顯示裝置的彩色光生成的重復(fù)頻率，而能夠以實用范圍的重復(fù)頻率實現(xiàn)驅(qū)動。因此，如果采用本發(fā)明，看屏幕上顯示圖像的人不再有對圖像的不調(diào)和感，具有提高觀測圖像的品質(zhì)，從而減小伴隨圖像觀測的疲勞感的效果。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明的彩色顯示裝置的實施例1的結(jié)構(gòu)說明圖。
圖2是表示視覺的彩色空間頻率特性的圖。
圖3是表示幀頻和視覺系統(tǒng)彩色空間頻率之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示用于求出視網(wǎng)膜移動速度和幀頻之間關(guān)系的實驗裝置的說明圖。
圖5是表示用于求出視網(wǎng)膜移動速度和幀頻之間關(guān)系的實驗裝置的變形例的說明圖。
圖6是表示視覺系統(tǒng)最佳幀頻特性的圖。
圖7是表示視覺系統(tǒng)最佳幀頻特性的圖。
圖8是表示視覺系統(tǒng)彩色鑒別閾值特性的圖。
圖9是表示視覺系統(tǒng)彩色鑒別閾值特性的圖。
圖10是表示本發(fā)明的彩色顯示裝置的實施例2的結(jié)構(gòu)說明圖。
圖11是表示本發(fā)明的彩色顯示裝置的實施例3的結(jié)構(gòu)說明圖。
圖12是表示因眼球運(yùn)動在視網(wǎng)膜上形成彩色帶的機(jī)理的說明圖。
圖13是表示采用彩色順序驅(qū)動方式的彩色圖像生成模型的說明圖。
圖14是表示采用彩色順序驅(qū)動方式和視覺系統(tǒng)組合的彩色圖像生成模型的說明圖。
實施本發(fā)明的最佳實施例根據(jù)附圖所示的實施例，詳細(xì)說明本發(fā)明的彩色顯示裝置以及彩色顯示方法。
(實施例1)圖1表示本發(fā)明的彩色顯示裝置以及彩色顯示裝置驅(qū)動方法的實施例1。如圖所示，本實施例的彩色顯示裝置10是配備有以下部件的彩色顯示裝置。即光源11，發(fā)出包含紅色光、蘭色光、綠色光的各光譜，發(fā)射白色光；旋轉(zhuǎn)濾色鏡12，它配置在該光源11的前方，具有紅色、蘭色以及綠色的色成分區(qū)；聚光透鏡13，它配置在旋轉(zhuǎn)濾色鏡12的前方；電光學(xué)裝置14，生成與經(jīng)聚光透鏡13入射的彩色光的彩色對應(yīng)的彩色圖像；投射透鏡15，接受由電光學(xué)裝置14反射、調(diào)制的光并進(jìn)行投射；將投射透鏡15來的圖像生成彩色光投射到屏幕16上進(jìn)行圖像顯示。如圖所示，在光源11內(nèi)也備配有反射光源光的反射鏡11a。
看投射到屏幕16上的圖像的觀察者，如果彩色顯示裝置是正面投射型的，則位于屏幕16的前面，如果彩色顯示裝置是背投射型的，則位于屏幕的背面，看投射的圖像。在用彩色顯示裝置的演示時，演示者(人)站在從觀察者看的屏幕16的前面，用手指或指示棒等物體一邊指投射顯示畫面一邊說明。因此，對于觀察者，在屏幕16前的演示者或物體的動作是遮擋顯示圖像進(jìn)行的。按照現(xiàn)有方式，因該動作而產(chǎn)生色亂現(xiàn)象。
本發(fā)明的效果之一是消除這種傳統(tǒng)的色亂的感覺問題。以下就其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)予以說明。
作為上述的電光學(xué)裝置14，可以應(yīng)用作為DMD陣列或反射型液晶光閥管等具有高速響應(yīng)度的各種調(diào)制器，如強(qiáng)電介質(zhì)液晶屏，反強(qiáng)電介質(zhì)液晶屏，π單元模式的液晶屏，設(shè)定TN液晶單元的單元間隙狹窄的液晶屏，OCB模式的液晶屏等。
此外，如上所述的彩色顯示裝置10主要備配由微處理器17，定時信號發(fā)生器18，幀存儲器19以及驅(qū)動控制電路20構(gòu)成的驅(qū)動電路2L在該彩色顯示裝置10內(nèi)通過用定時信號發(fā)生器18，使旋轉(zhuǎn)濾色鏡12的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和反射型電光等裝置14的驅(qū)動定時同步進(jìn)行控制。首先，用未圖示的取樣電路對圖像信號取樣。接著，把圖像輸入信號中的同步信號輸送到微處理器17以及定時信號發(fā)生器18。與此同時，圖像信號中的圖像數(shù)據(jù)通過由定時信號發(fā)生器18控制的定時，寫入幀存儲器19。通過使光源11發(fā)射的白色光透過用定時信號發(fā)生器18與電光學(xué)裝置14的驅(qū)動定時同步旋轉(zhuǎn)的三色旋轉(zhuǎn)濾色鏡12，使光源來的紅色光、蘭色光、綠色光順序分光、透過，生成彩色光，并經(jīng)聚透鏡13，照射到反射型電光學(xué)裝置14上。如上述所述照射的各彩色光通過電光學(xué)裝置14實施光調(diào)制、通過投射透鏡15放大投射，并在屏幕16上成像，從而實現(xiàn)彩色圖像顯示。
例如，為了使光源11來的光透過旋轉(zhuǎn)濾色鏡12的紅色區(qū)域的定時同步，根據(jù)由定時信號發(fā)生器18提供的讀出定時信號，從幀存儲器19順序讀出在此之前的驅(qū)動周期內(nèi)預(yù)先儲存的紅色成分的圖像數(shù)據(jù)，并且接收該圖像數(shù)據(jù)的驅(qū)動控制電路20根據(jù)紅色成分用的圖像數(shù)據(jù)來驅(qū)動電光學(xué)裝置14的各像素。定時信號發(fā)生器18是一種定時控制的發(fā)生器，以便在接受微處理器17的控制，使各結(jié)構(gòu)元件的定時同步。電光學(xué)裝置14是由以前所述的DMD或液晶屏構(gòu)成的調(diào)制元件，具有反射鏡或反射電極的像素安排成矩陣，對每一像素上反射紅色光，伴隨其反射進(jìn)行調(diào)制，隨后產(chǎn)生紅色的圖像。因此，對每一像素進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制的紅色光入射到投射透鏡15，并且紅色光的圖像在屏幕16上投射和顯示。
其次，在光源光透過旋轉(zhuǎn)濾色鏡12的蘭色區(qū)域的定時，與紅色光的情況相同，從幀存儲器19讀出蘭色光用的圖像數(shù)據(jù)，并據(jù)此按照其圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動電光學(xué)裝置14的各像素，調(diào)制蘭色光，蘭色光的圖像在屏幕16上投射和顯示。其次在通過光源光透過旋轉(zhuǎn)濾色鏡12的綠色區(qū)域的定時也是同樣的。如上所述，應(yīng)用電光學(xué)裝置14順序生成三色的彩色光圖像，通過對其周期地重復(fù)，顯示彩色圖像。彩色光生成的順序不限于本實施例，任何順序都可以。
在這里，在電光學(xué)裝置14是DMD的情況下，DMD通過對每一像素根據(jù)圖像數(shù)據(jù)改變反射鏡的傾角來調(diào)制入射到投射透鏡15的光量。更具體地說，將由反射鏡反射的光指向投射透鏡15的持續(xù)時間和使反射的光在吸收器內(nèi)吸收的持續(xù)時間根據(jù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)，并且對每一像素可以調(diào)制彩色光的強(qiáng)度。此外，在DMD的情況下，可以把幀存儲器19作為SRAM內(nèi)藏在電光學(xué)裝置內(nèi)。每一像素具有像素存儲器，并根據(jù)其存儲器內(nèi)容，通過在各像素內(nèi)藏的驅(qū)動控制電路20可以角度變更驅(qū)動各像素的反射鏡?？墒沁@些存儲器和驅(qū)動控制電路置于反射鏡的下方。
此外，在電光學(xué)裝置14是液晶屏的情況下，在一對基板之間夾持以前例示的液晶，在反對側(cè)的基板上按每一像素具有像素電極，通過將該像素電極加在液晶層上的有效電壓根據(jù)圖像數(shù)據(jù)變化，使得按照在液晶層上的液晶分子排列的變化，改變?nèi)肷涔獾钠衩婊蛏⑸浣嵌瓷?、發(fā)射。在使偏振面變化的情況下，經(jīng)偏振元件入射入射光，把反射光經(jīng)偏振元件導(dǎo)向投射透鏡15，按每像素調(diào)制光強(qiáng)度。在改變光散射(液晶是高聚物分散型等情況)的情況下，與DMD同樣地在投射透鏡15之前設(shè)置狹縫，依靠通過該狹縫，對每個像素進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制。即使在液晶屏的情況下也與DMD相同，可以在反射型像素電極的下方按每個像素內(nèi)藏存儲器(幀存儲器19)以及根據(jù)其存儲器內(nèi)容在像素電極上加電壓的驅(qū)動控制電路20。
本實施例的彩色顯示裝置10作為電光學(xué)裝置14有反射型電光學(xué)裝置，然而在應(yīng)用液晶裝置(液晶屏)的情況下，也可以作為電光學(xué)裝置14有包含透光型液晶屏的透光型電光學(xué)裝置。
在如上所述的本實施中，通過旋轉(zhuǎn)數(shù)由定時信號發(fā)生器18控制，使得旋轉(zhuǎn)濾光鏡12的三色光的重復(fù)頻率(幀頻)在180Hz以上，更好在250Hz以上，最好在300Hz以上，同時設(shè)置電光學(xué)裝置14的彩色圖像生成的定時，以便與各色光的生成定時一致。
在本實施例，通過在180Hz以上的幀頻實施色順序驅(qū)動，當(dāng)觀察者觀看屏幕16時，即使因站在屏幕16前作演示的演示者本身或其手指或由演示者移動指示棒等物體的動作產(chǎn)生眼球運(yùn)動，也可以減輕或消除色亂感。在用250Hz以上的幀頻進(jìn)行色順序驅(qū)動的情況下，不僅防止伴隨演示動作產(chǎn)生的上述色亂感，還可以減輕或消除因觀察者的高速眼球運(yùn)動(后述)引起的色亂感。在這種場合，如果考慮觀察者的感覺上的個人差異，最好用300Hz以上的幀頻進(jìn)行色順序驅(qū)動。
在這里，如本實施例所示，根據(jù)幀頻和視覺系統(tǒng)的色空間頻率之間的關(guān)系，說明降低或消除色亂感的理由。
首先，用圖2說明視覺系統(tǒng)色空間頻率和對比度(相對靈敏度)之間的關(guān)系。該圖是在1977年‘電視’第31卷第1號第31頁記載的公知數(shù)據(jù)。該圖的橫座標(biāo)是色空間頻率，用單位周期/度(cpd)表示。該色空間頻率的單位(cpd)是表示視角1度中的正弦波數(shù)目，如果在視角1度中有1周期的正弦波，則是1cpd，如果在視覺1度中有5周期的正弦波，則為5cpd。此外，該圖的縱座標(biāo)是用相對靈敏度(dB)表示對比度靈敏度，求出不能做亮度鑒別和彩色鑒別的極值。如圖2所示，通常在人類的視覺系統(tǒng)中對亮度(明暗)的靈敏度特性是在空間頻率低時或高時，對比靈敏度特性差，而處在中間的4cpd左右，明暗的對比靈敏度最高。再有，雖然未圖示，但對該明暗的對比靈敏度特性的截止頻率是60cpd。另一方面，對于彩色的靈敏度特性也同樣，在空間頻率低時或高時，對比靈敏度差，但在作為中間的色度空間頻率的0.4cpd左右，彩色對比靈敏度最高。0.4cpd在計算上相當(dāng)于幀頻120Hz的結(jié)果，可以說從考慮人特性的色順序驅(qū)動方式的觀點看是最差的條件(在目前的投射型顯示裝置用有幀頻為120Hz的裝置，容易感覺色亂)。此外，雖未圖示，然而對該色靈敏度特性的截止頻率是4-10cpd。
為了減少或消除色亂，根據(jù)圖2所示公知的數(shù)據(jù)，可以了解要求提供大于0.4cpd的色空間頻率。本發(fā)明的發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)最好提供比0.4cpd高的0.5cpd以上的色空間頻率，這樣可以減小或降低對于觀察者，因位于屏幕16前的人和物等運(yùn)動引起的色亂感。此外，還發(fā)現(xiàn)最好提供為0.4cpd 2倍的0.8cpd以上的色空間頻率，這樣不僅防止了上述的色亂，還可以減小或消除因高速的眼球運(yùn)動引起的色亂感。
幀頻和色空間頻率(視覺系統(tǒng)空間頻率)之間的變換可用下式(1)、(2)、(3)進(jìn)行。
Ft=(3*Ff)-1……(1)Cba=Rv*Ft……(2)Vf=(3*Cba)-1……(3)此外，F(xiàn)f是幀頻(Hz)是產(chǎn)生1幀彩色圖像(一個彩色畫面)時的頻率。Cba是由各色光形成的色帶視角(度)，并且是由視角提供的1色光的色帶寬度。此外，在用RGB色光的情況下，色帶R帶、G帶、B帶在視網(wǎng)膜上形成。視角由眼球的參考點(連接點)和視網(wǎng)膜上形成的1色光帶寬唯一決定(與視距無關(guān))。Rv是眼球轉(zhuǎn)速(度/秒)，并且是從某點到另一點視線移動時的角速度。伴隨該視線移動，投射到眼球內(nèi)面的視網(wǎng)膜上的圖像以同一角速度(眼球旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速度)移動。從而眼球轉(zhuǎn)速和視網(wǎng)膜移動速度(視網(wǎng)膜速度)是等效的。Vf是視覺系統(tǒng)色空間頻率(周期/度)，表示在1度視角中的形成多少個RGB色帶周期。例如，如果在視角1度中各形成1條RGB的色帶，則它變成1周期/度(cpd)，如果形成5條，則為5cpd。這通常用作表示分辨率的一個指數(shù)，并且?guī)捲郊?xì)，則色鑒別(彩色鑒別識別)，亮度鑒別(亮度的濃淡鑒別)降低。
圖3是表示用上述計算式(1),(2),(3)換算的幀頻和視覺系統(tǒng)的色空間頻率關(guān)系的圖。該圖中(120、0.4)是表示用色順序驅(qū)動方式的投射型顯示裝置的目前水平，在(180,0.5)以上，更好(250,0.6)以上，最好(300,0.8)以上表示在本實施例的彩色顯示裝置10用的幀頻水平。
以下用圖4及圖5所示的實驗裝置說明求出視網(wǎng)膜移動速度(視網(wǎng)膜速度)和幀頻關(guān)系的方法。
圖4所示的實驗裝置由發(fā)射白色光用的光源1，用于使從光源來的光分光生成RGB三色光的RGB旋轉(zhuǎn)濾光鏡2，屏幕3和用于生成視網(wǎng)膜移動速度的遮光片4構(gòu)成。在該實驗裝置通過從光源1發(fā)射的白色光經(jīng)RGB旋轉(zhuǎn)濾光鏡2連續(xù)地按順序生成R色光，G色光，B色光，將這些彩色光從背面入射到屏幕3。而且，通過使放置在屏幕3的前方的遮光片4旋轉(zhuǎn)而生成時空間的色帶。觀察者從一定距離固定觀測屏幕3上預(yù)定的一點，并在視網(wǎng)膜上使色帶成像。而且根據(jù)主觀評價判定心理上的色亂感。通過使RGB旋轉(zhuǎn)濾光鏡2的轉(zhuǎn)速可變，可以設(shè)定任意的幀頻，通過使置于屏3前的遮光片4的轉(zhuǎn)速可變，可以設(shè)定任意的視網(wǎng)膜移動速度。
圖5的實驗裝置的結(jié)構(gòu)是這樣的，其中作為圖4的實驗裝置中的RGB色光生成單元的光源1及RGB旋轉(zhuǎn)濾光鏡2置換成色順序驅(qū)動照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)由R光源5R,G光源5G,B光源5B，紅色光選擇反射層和蘭色光選擇反射層形成X狀的雙色梭鏡6以及使從R光源5R,B光源5B來的紅色光，蘭色光在梭鏡6一側(cè)反射的反射鏡7構(gòu)成。各光源5順序點亮，并且從雙色棱鏡6來的三色光從背面順序入射到屏幕3上。在該實驗裝置通過使R光源5R,G光源5G,B光源5B的點亮的開關(guān)可變，可以設(shè)定任意的幀頻。其它的結(jié)構(gòu)和作用是與圖4所示的實驗裝置相同。再有，在圖4及圖5實驗裝置也可以是改變RGB,RBG,BGR等色的順序的結(jié)構(gòu)。
圖6和圖7表示應(yīng)用這些實驗裝置求出對兩名被檢人員進(jìn)行的實驗結(jié)果的視網(wǎng)膜移動速度和幀頻關(guān)系。圖6是表示單個數(shù)據(jù)的圖，圖7是根據(jù)單個數(shù)據(jù)求平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖。
正如從圖6及圖7判別的那樣，根據(jù)大致區(qū)分的視網(wǎng)膜移動速度未滿300度/秒和超過300度/秒表示心理的色亂感有不同的傾向(兩相特性)，可以看到在300度/秒以上，幀頻急劇上升。關(guān)于眼球運(yùn)動有4種，即跟蹤運(yùn)動，間歇運(yùn)動，聚合發(fā)散運(yùn)動，固視微動。跟隨運(yùn)動是具有約30-35度/秒的低速眼球運(yùn)動，例如用眼睛跟蹤一只飛行的蒼蠅。另一方面，間斷性運(yùn)動是間歇的高速跳躍運(yùn)動，并且是為了補(bǔ)償在讀書時的視線移動等所看到的超越跟蹤運(yùn)動的速度的目標(biāo)物的移動速度的眼球運(yùn)動，是超過300度/秒的高速眼球運(yùn)動。因此可以說明視網(wǎng)膜移動速度300度/秒是相當(dāng)于間歇性運(yùn)動，作為幀頻，如果確保在圖上250Hz以上即可，則但考慮到量測精度或被檢人員的個人差異等，最好確保在300Hz以上。
圖8及圖9是在從上述實驗中得到的視網(wǎng)膜運(yùn)動速度和幀頻的關(guān)系中，把幀頻逆變換為視覺系統(tǒng)色鑒別閾值的圖。此外，雖然對視覺系統(tǒng)的色鑒別閾值沒有一個通用的定義，但在這里把它定義如下；即在實驗中作為時空間特性從感覺的心理的色亂閾值求出的幀頻逆變換為單純在視網(wǎng)膜上張開的物理的RGB色帶寬。
從圖8及圖9的圖推測的是在視網(wǎng)膜移動速度50～200度/秒，200～300度/秒，300度/秒以上，可以看到視覺系統(tǒng)色鑒別閾值特性不同。認(rèn)為與這些數(shù)據(jù)有關(guān)系的眼球運(yùn)動有兩類一類是例如用眼跟蹤飛行的蒼蠅那樣30～35度/秒左右的低速度跟蹤運(yùn)動，另一類是機(jī)敏地捕捉相隔一定距離間歇地突然出現(xiàn)的目標(biāo)物，并補(bǔ)償超越跟蹤運(yùn)動速度的目標(biāo)物移動速度的300度/秒以上的高速間歇性運(yùn)動。再有，在圖8及圖9所示數(shù)據(jù)的獨(dú)立變量(橫座標(biāo))的眼球運(yùn)動速度(與視網(wǎng)膜移動速度等效)之中具有200度/秒以上而不足300度/秒的眼球運(yùn)動速度通常不存在。然而，當(dāng)目標(biāo)物在視網(wǎng)膜移動的運(yùn)動時，可以認(rèn)為存在200度/秒以上而不足300度/秒的眼球運(yùn)動速度，因為在應(yīng)用投射型顯示裝置等的演示中，例如在從顯示畫面的觀察者觀看的狀態(tài)，在屏幕前的演示者或由演示者移動的物體作各種動作。用這種范圍的眼球運(yùn)動速度，觀看屏幕的人的視覺系統(tǒng)的色靈敏度降低。根據(jù)以上所述，可以推測視視網(wǎng)膜移動速度影響視覺系統(tǒng)的彩色鑒別閾值的變化。
在本實施例1的彩色顯示裝置，如上所述，著眼于視覺系統(tǒng)色靈敏度變低的視網(wǎng)膜移動速度的范圍(200度/秒以上而300度/秒以下)，通過與該視網(wǎng)膜移動速度范圍對應(yīng)的幀頻(色生成頻率)從圖8及圖9取180Hz以上，即使演示者或物體作各種動作也可以減小或消除心理的色亂感。
此外，在本實施例1的彩色顯示裝置的幀頻是滿足已有的眼球運(yùn)動最高速度的幀頻(色生成頻率)，即在比250Hz高的300Hz的情況下，不僅防止上述色亂感，也可以減輕或消除因色順序驅(qū)動方式產(chǎn)生的心理上的色亂感。
在本實施例1的彩色顯示裝置10，由于可以抑制這類色亂感現(xiàn)象的發(fā)生，所以可以在屏幕上實現(xiàn)高品質(zhì)的彩色顯示。因此，如果采用本實施例1，在觀察屏幕16的圖像時，可以顯示觀察者感覺不到圖像的失調(diào)感、且疲勞感也小的良好的彩色圖像。在本實施例1的彩色顯示裝置10中，由于可以用單一的電光學(xué)裝置(調(diào)制器)14進(jìn)行彩色顯示，即由于可以在單板式投射型顯示裝置上應(yīng)用，所以可以實現(xiàn)投影儀的輕量化和低價化。
(實施例2)圖10表示本發(fā)明彩色顯示裝置及彩色顯示方法的實施例2。本實施例是適用本發(fā)明的配備照明裝置的直觀型彩色顯示裝置。本實施例是控制從背面一側(cè)按色順序發(fā)射的三色光的重復(fù)頻率(幀頻)在250Hz以上，最好在300Hz以上，設(shè)定作為圖像生成單元的電光學(xué)裝置內(nèi)的色圖像生成的時序，以便與各色光生成的時序一致。
如圖10所示，本實施例2的彩色顯示裝置100備配有用彩色切換式背光的照明光源101，電光學(xué)裝置102，驅(qū)動、控制這些彩色切換背光照明光源101以及電光學(xué)裝置102的驅(qū)動電源103。在圖10，因為照明裝置作成背光方式，所以作為透光型電光學(xué)裝置最好用例如透光型液晶顯示裝置。
彩色切換式照明光源101的結(jié)構(gòu)備配有例如未圖示的紅色發(fā)光源和綠色發(fā)光源和蘭色發(fā)光源，從這些光源發(fā)射的彩色光經(jīng)例如未圖示的導(dǎo)光板均勻地照射到透光型電光學(xué)裝置102的顯示區(qū)域。
再有，作為照明光源的各光源可以應(yīng)用冷陰極管、熱陰極管等的熒光管，EL(電致發(fā)光)發(fā)光元件，LED等各種彩色光的發(fā)光源。在選擇背光方式時，考慮光源放在電光學(xué)裝置102的背面的結(jié)構(gòu)和將光導(dǎo)板放在背面、光源放在側(cè)面的結(jié)構(gòu)作為照明光源101，將光源光由導(dǎo)光板開始傳播并從背面照明電光學(xué)裝置102的結(jié)構(gòu)等。此外，也可以不是背光方式，而是正面光方式，在把電光學(xué)裝置102作成反射型電光學(xué)裝置的情況下，在其正面一側(cè)放置導(dǎo)光板，其側(cè)面一側(cè)放置照明光源的結(jié)構(gòu)作為照明光源101。反射型電光學(xué)裝置102的結(jié)構(gòu)是與在實施例1說明的結(jié)構(gòu)相同。
作為上述的電光學(xué)裝置102，與實施例1同樣地可以應(yīng)用不用濾色鏡進(jìn)行單色顯示的液晶顯示裝置，可以用具有高速響應(yīng)度的各種液晶顯示裝置，例如π單元模式的液晶屏，設(shè)置TN液晶單元的單元間隙狹窄的的液晶屏，OCB模式的液晶屏等。
驅(qū)動電路103配備有微處理器104，定時信號發(fā)生器105，幀存儲器106，驅(qū)動控制電路107，光源開關(guān)108和光源用電源109。在該彩色顯示裝置100內(nèi)由定時信號發(fā)生器105控制光源色開關(guān)108的切換定時和電光學(xué)裝置102的驅(qū)動定時。首先，用未圖示的取樣電路對圖像信號取樣，同時將圖像輸入信號中的同步信號送到微處理器104以及定時信號發(fā)生器105。與此同時，圖像信號中的圖像數(shù)據(jù)用定時信號發(fā)生器105控制的定時寫入幀存儲器106內(nèi)。彩色切換式照明光源101用由定時信號發(fā)生器105控制的光源彩色開關(guān)108將未圖示的紅色發(fā)光源、綠色發(fā)光源和蘭色發(fā)光源分別按時間順序點亮，以便與電光學(xué)裝置102的各色圖像的驅(qū)動定時同步，這樣，通過色切換式照明光源101，按照與顯示數(shù)據(jù)的彩色對應(yīng)的色順序生成彩色光，照射到透光型電光學(xué)裝置102上。如上所述照射的各色的彩色光(顯示用光)通過透光型電光學(xué)裝置102實施光調(diào)制并按色順序進(jìn)行彩色圖像顯示。
例如，為了照明光源101發(fā)射紅色光，光源切換定時信號從定時信號發(fā)生器105提供給光源色開關(guān)108，對所選擇的光源從光源用電源109提供電源供應(yīng)，紅色光源點亮。從定時信號發(fā)生器105把讀出的定時信號提供給幀存儲器106，以便與該光源色開關(guān)108內(nèi)的切換定時同步，因此，將在之前的驅(qū)動周期預(yù)先儲存的紅色成分的圖像數(shù)據(jù)順序讀出，接收該圖像數(shù)據(jù)的驅(qū)動控制電路107根據(jù)紅色成分用的圖像數(shù)據(jù)來驅(qū)動電光學(xué)裝置102的各像素。定時信號發(fā)生器105是受微處理器104的控制進(jìn)行定時控制，以便使各結(jié)構(gòu)要素的定時同步。電光學(xué)裝置102如前所述是由液晶屏構(gòu)成的調(diào)制元件，其中具有像素電極的像素配置成矩陣狀，按每一像素調(diào)制紅色光，隨后生成紅色光的圖像。因此，通過對每一像素實施光強(qiáng)度調(diào)制的紅色光，在顯示畫面上顯示圖像。
其次，在照明光源101，點亮綠色光源的定時與紅色光的情況相同，從幀存儲器106讀出綠色光用的圖像數(shù)據(jù)，據(jù)此按照其圖像數(shù)據(jù)，驅(qū)動電光學(xué)裝置102的各像素，調(diào)制綠色光，并把綠色光的圖像投射、顯示在電光學(xué)裝置102的顯示畫面上。其次，在照明光源101，點亮蘭色光源的定時也是同樣的。如上所述，用電光學(xué)裝置102順序地生成三色光的圖像，并通過周期地重復(fù)它，顯示彩色圖像。此外，彩色光生成的順序不限于本實施例，也可以是任何其它順序。
在這里，在電光學(xué)裝置102是透光型液晶屏的情況下，在一對基板之間夾持前述例子所示的液晶，在相反一側(cè)的基板上對每一像素都具有透明像素電極，通過根據(jù)圖像數(shù)據(jù)改變由該圖像電極加到液晶層上的有效電壓，根據(jù)液晶層上的液晶分子陣列變化而改變?nèi)肷涔獾钠衩婧蜕⑸涠炔⑦M(jìn)行發(fā)射。在改變偏振面的情況下，通過經(jīng)編振元件入射入射光，使反射光經(jīng)偏振元件，對每一像素調(diào)制其光強(qiáng)度并顯示。因為在光散射變化的情況下(液晶是高聚合分散型等的情況下)，由于對每一像素根據(jù)散射度調(diào)制光強(qiáng)度，所以不需要偏振元件。
在本實施例，雖然應(yīng)該是透光型電光學(xué)裝置，但是也可以是通過由反射型液晶屏構(gòu)成的反射型電光學(xué)裝置產(chǎn)生圖像的彩色顯示裝置。在這種情況下，像素結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與實施例1說明的結(jié)構(gòu)相同。此外，在反射型液晶屏的情況下，它可以在反射型像素電極的下方對每個像素內(nèi)藏存儲器(幀存儲器106)和用于根據(jù)存儲器內(nèi)容對像素電極加電壓的驅(qū)動控制電路107。
如上所述，在本實施例，通過定時信號發(fā)生器105點亮切換控制照明光源的三色光重復(fù)點亮頻率(幀頻)，使其在250Hz以上，最好在300Hz以上，同時設(shè)置電光學(xué)裝置102內(nèi)的彩色圖像的生成定時，以便與各色光的生成定時一致。
在本實施例，通過用如上所述的頻率實現(xiàn)色順序驅(qū)動，即使在看用電光學(xué)裝置構(gòu)成的顯示裝置的顯示圖像時發(fā)生眼球運(yùn)動，也可以減小或消除色亂感。因此，可以得到對彩色顯示圖像沒有失調(diào)感、疲勞感小的良好彩色顯示圖像。
(實例例3)圖11是作為本發(fā)明的彩色顯示裝置示出投射型顯示裝置。本實施例與實施例1不同點在于實施例1的電光學(xué)裝置14被透光型電光學(xué)裝置240取代，而其它結(jié)構(gòu)和運(yùn)作與實施例1相同的。
本實施例的投射型顯示裝置200配備有發(fā)出包含紅色光、蘭色光、綠色光的各光譜、發(fā)射白色光的光源201；放置在該光源201的前方，具有紅色、蘭色及綠色的色元區(qū)的旋轉(zhuǎn)濾色鏡202；放置在旋轉(zhuǎn)濾色鏡202的前方，生成與入射的彩色光的彩色對應(yīng)的彩色圖像的透光型電光學(xué)裝置204；接收在電光學(xué)裝置204內(nèi)調(diào)制、透射的光，進(jìn)行投射的投射透鏡205；從投射透鏡205來的圖像生成色光投射到屏幕206上進(jìn)行圖像顯示。如圖所示，在光源201上也配備使光源光反射的反射鏡201a。
與前述的實施例1同樣，觀看投射到屏幕16上的圖像的觀察者，如果彩色顯示裝置是正面投射型，則位于屏幕16的前面，如果彩色顯示裝置是背面投射型的，則位于屏幕16的背面，會看到投射的圖像。在用投射型顯示裝置的演示中，演示者(人)站在從觀察者看的屏幕16前，用手指或指示棒等的物體，邊指投射顯示畫面邊說明。因此，在觀察者的觀點在屏幕16前的演示者或物體的動作是遮檔顯示圖像進(jìn)行的。
作為電光學(xué)裝置204，可應(yīng)用作為液晶光閥的具有高速響應(yīng)度的各類調(diào)制器，如強(qiáng)介電體液晶屏，反強(qiáng)介電體液晶屏，π單元模式的液晶屏，設(shè)定TN液晶單元的單元間隙狹窄的液晶屏，OCB模式的液晶屏等。
如上所述的投射型顯示裝置200主要包含由微處理器207，定時信號發(fā)生器208，幀存儲器209，驅(qū)動控制電路210構(gòu)成的驅(qū)動電路211。在該投射型顯示裝置200中，應(yīng)用定時信號發(fā)生器208使旋轉(zhuǎn)濾色鏡202的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和透光型電光學(xué)裝置204的驅(qū)動定時同步控制。首先，用未圖示的取樣電路對圖像信號取樣。接著，圖像輸入信號中的同步信號傳送到微處理器207及定時信號發(fā)生器208。與此同時，通過定時信號發(fā)生器208控制的定時把圖像信號中的圖像數(shù)據(jù)寫入幀存儲器209。由光源201發(fā)射的白色光通過利用定時信號發(fā)生器208透過與電光學(xué)裝置204的驅(qū)動定時同步旋轉(zhuǎn)的三色旋轉(zhuǎn)濾色鏡202，對從光源光來的紅色光、蘭色光、綠色光、順序分光、透過，生成彩色光，各色光照射到電光學(xué)裝置204上。對于這樣照射的各色光，透過電光學(xué)裝置204實現(xiàn)光調(diào)制并由投射透鏡205進(jìn)行放大和投射，隨后在屏幕206上成像，進(jìn)行彩色顯示。
例如，為了與光源201來的光透過旋轉(zhuǎn)濾色鏡202的紅色區(qū)域的定時同步，根據(jù)從定時信號發(fā)生器208提供的讀出定時信號，從幀存儲器209順序讀出在此之前的驅(qū)動周期內(nèi)預(yù)先儲存的紅色成分的圖像數(shù)據(jù)，接收該圖像數(shù)據(jù)的驅(qū)動控制電路210根據(jù)紅色成分用的圖像數(shù)據(jù)，驅(qū)動電光學(xué)裝置204的各像素。定時信號發(fā)生器208是接受微處理器207的控制實現(xiàn)定時控制，以便使各結(jié)構(gòu)要素的定時同步。電光學(xué)裝置204是由液晶屏構(gòu)成的調(diào)制元件，并且其中圖像安排成矩陣狀，對每一像素透過紅色光，隨其透過進(jìn)行調(diào)制，生成紅色光的圖像。因此，對每個像素進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制的紅色光入射到投射透鏡205，在屏幕206上投射顯示紅色光的圖像。
其次，應(yīng)用光源光透過旋轉(zhuǎn)濾色鏡202的蘭色區(qū)域的定時與紅色光的情況同樣，從幀存儲器209讀出蘭色光用的圖像數(shù)據(jù)，并據(jù)此根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動電光學(xué)裝置204的各像素，對蘭色光進(jìn)行調(diào)制，在屏幕206上投射顯示蘭色光的圖像。其次，即使在應(yīng)用光源透過旋轉(zhuǎn)濾色鏡202的綠色區(qū)域的定時也是同樣的。如上所述，用電光學(xué)裝置204順序生成三色的彩色光圖像，并且周期地重復(fù)它，實現(xiàn)彩色圖像顯示。再有，彩色光生成的順序不限于本實施例，也可以是其它任何順序。
在如上所述的本實施例，通過定時信號發(fā)生器208控制旋轉(zhuǎn)數(shù)，以便使旋轉(zhuǎn)濾色鏡202的三色光的重復(fù)頻率(幀頻)在180Hz以上，更好在250Hz以上，最好在300Hz以上，同時設(shè)定電光學(xué)裝置204內(nèi)的彩色圖像生成的定時，以便與各色光的生成定時匹配一致。
在本實施例，與實施1同樣，通過以如上所述的頻率進(jìn)行色順序驅(qū)動，可以實現(xiàn)降低視覺系統(tǒng)色鑒別靈敏度的顯示，并且在觀看屏幕206時，即使因位于屏幕206前的演示者或物體的動作而發(fā)生眼球運(yùn)動，也可以減輕或消除色亂感。因此，可以實現(xiàn)對彩色顯示圖像沒有失調(diào)感的良好演示。因此，可以獲得使觀察者疲勞感小的良好的彩色顯示圖像。
以上對實施例1～3進(jìn)行了說明，然而本發(fā)明不限于這些實施例，可以進(jìn)行具有結(jié)構(gòu)要點的各種變更。本發(fā)明除上述的實施例之外，對于各種彩色顯示裝置，如用透光型光閥的投射型顯示裝置，在顯示畫面的前方或側(cè)方具有光源的反射型顯示裝置等也可以應(yīng)用。
此外在本發(fā)明，生成的多個彩色光用紅色光、蘭色光、綠色光的三色光說明，然而它們也可以是青色光、絳紅色光和黃色光的三色光，或者它們可以是雙色光或比三色光更多的彩色光的切換。
在實施例1及3，通過將發(fā)射包含多種彩色光(例如紅色光、蘭色光、綠色光的三色光)成分的光源光的一種光源來的光源光透過旋轉(zhuǎn)濾色鏡(12,202)產(chǎn)生各色光，然而，如圖5的色順序驅(qū)動照明系統(tǒng)所示，也可以是配備分別產(chǎn)生多個彩色光的每一種光的多個光源(紅色光源，綠色光源，蘭色光源)，順序選擇由順序定時信號發(fā)生器(18,208)點亮的光源，生成彩色光的結(jié)構(gòu)。即使在這種情況下，通過進(jìn)行投射型顯示裝置的定時控制的驅(qū)動，以便使生成多個彩色光的重復(fù)頻率在180Hz以上，更好在250Hz以上，最好在300Hz以上，從而可以減小或抑制色亂現(xiàn)象。
工業(yè)上的可用性本發(fā)明提供不產(chǎn)生因演示者動作引起的色亂感或因眼球運(yùn)動引起的色亂感的時分驅(qū)動方式的彩色顯示裝置及彩色顯示方法。
權(quán)利要求
1．一種彩色顯示裝置，包含有按照時間順序，以預(yù)定頻率重復(fù)生成多個彩色光的彩色光生成單元和處理該多個彩色光，以便按照時間順序生成與該多個彩色光的每個光對應(yīng)的圖像的圖像生成單元，該預(yù)定頻率是180Hz以上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述預(yù)定頻率為250Hz以上。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述預(yù)定頻率為300Hz以上。
4．根據(jù)權(quán)利要求1～3任何一項所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述彩色光生成單元包含光源和使從該光源來的光生成前述多個彩色光的濾色鏡。
5．根據(jù)權(quán)利要求1～3任何一項所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述彩色光生成單元包含發(fā)出彼此不同彩色光的多個光源，該多個光源按照時間順序點亮。
6．根據(jù)權(quán)利要求1～5任何一項所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述圖像生成單元是反射型的電光學(xué)裝置。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述電光學(xué)裝置是液晶裝置。
8．根據(jù)權(quán)利要求6所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述電光學(xué)裝置是數(shù)字微反射鏡裝置。
9．根據(jù)權(quán)利要求1～5任何一項所述的彩色顯示裝置，其特征在于，前述圖像生成單元具有透光型電光學(xué)裝置。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色顯示裝置，其特征在于，還包含投射上述圖像的透鏡。
11．一種彩色顯示方法，包含按照時間順序以預(yù)定的頻率重復(fù)生成多個彩色光的彩色光生成步驟和處理該多個彩色光，以便按照時間順序生成與該多個彩色光的每個光對應(yīng)的圖像的圖像生成步驟，該預(yù)定的頻率是180Hz以上。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的彩色顯示方法，其特征在于，上述預(yù)定頻率是250Hz以上。
13．根據(jù)權(quán)利要求11所述的彩色顯示方法，其特征在于，上述預(yù)定頻率是300Hz以上。
全文摘要
彩色顯示裝置包含按照時間順序以預(yù)定頻率重復(fù)生成多個彩色光的彩色光生成單元和處理該多個彩色光、使其按照時間順序生成與該多個彩色光的每個光對應(yīng)的圖像的圖像生成單元,該預(yù)定頻率是180Hz以上。
文檔編號G09G3/20GK1289433SQ99802537
公開日2001年3月28日 申請日期1999年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月1日
發(fā)明者和田修, 中村旬一 申請人:精工愛普生株式會社