專利名稱：：使用脈沖燈在視頻顯示系統中增加位深度的系統和方法
技術領域：
：0001本發明一般涉及使用空間光調制器的視頻顯示系統，更具體地涉及使用脈沖燈在視頻顯示系統中增加位深度的系統和方法。
背景技術：
：0002空間光調制器是可以在多種光通信和/或視頻顯示系統中使用的器件。這些器件通過控制多個單獨元件而產生圖像，所述多個單獨元件是通過偏轉光來形成圖像的各個像素。空間光調制器的一個實例是數字微鏡器件("DMD")。0003典型地，空間光調制器，比如DMD，通過脈沖寬度調制("PWM")操作。一般地，對于每個元件，使用預先確定數量的比特位把引入的數據信號或圖像數字化到多個樣本。這個預先確定數量的比特位通常被稱為調制器的"位深度"，特別是在使用二進制比特位權重的系統中。通常位深度越大，調制器可顯示的色彩的數量(或者灰度梯度)越多。對于空間光調制器，且對于特定幀，分配給像素的比特位的數量通常取決于所述像素被感知的亮度。因此，與像素相關的像素編碼值越大，在幀期間像素被照射的時間越長。在幀期間，最高有效位("MSB")顯示的時間最長，而在幀期間，最低有效位("LSB")顯示的時間最短。最短LSB的大小(或持續時間)設定了像素可以達到的亮度分辨率(或位深度)。0004由于更大的位深度可以被用來表現圖像的更多的細節，所以通常期望增加視頻顯示系統的位深度。此外，增加顯示系統的位深度可以降低歸因于量化噪聲的空間輪廓偽影和/或暫態偽影。不幸的是，基于空間光調制器的顯示系統的位深度是由LSB的最小大小限制的，而LSB的最小大小又被調制器的單獨元件的最小過渡時間限制。在增加視頻顯示系統有效位深度的一些嘗試中已經使用抖動技術來克服這種限制，比如藍噪聲STM。然而，雖然通過空間和暫態抖動可增加有效比特位數量(進而增加終端用戶可感知的位深度)，但這些技術會在顯示系統所表現的圖像中引起可察覺的暫態抖動噪聲。
發明內容0005根據本發明的教導，提供了一種使用脈沖燈增加視頻顯示系統位深度的系統和方法。在一個實施例中，該方法包括用具有可變電源的光源照射數字微鏡器件；接收信號，該信號表示在預先確定的時間段內，由光源提供給數字微鏡器件的光輸出應該減小到目標水平；響應于該信號，減小由可變電源提供給光源的功率，這樣在預先確定的時間段內光源的光輸出就減小到大約的目標水平；在預先確定的時間段內在數字微鏡器件上顯示最低有效位；以及在預先確定的時間段內，響應于偏離到目標水平之下的光源的光輸出，降低控制數字微鏡器件的主時鐘的速度。0006本發明一些實施例的技術優點包括下述的能力盡管空間光調制器在機械上有限制，但仍可以增加基于空間光調制器的視頻顯示系統的位深度。在特定實施例中，獲得這種增加的位深度的同時，還可以降低歸因于量化噪聲的空間輪廓偽影和/或暫態偽影。0007通過下面的附圖、詳細描述和所附的權利要求書，對于本領域技術人員來講本發明的其他技術優勢是顯而易見的。此外，盡管特定優點已經在上面列舉出，但各種實施例可以包括已列舉優點的全部或一部分，也可以不包括已列舉優點。0008為了更完整的理解本發明實施例及其特性和優點，可結合附圖參考下面的詳細描述，在附圖中0009圖H兌明了按照本發明特定實施例的視頻顯示系統；0010圖2說明了按照本發明特定實施例可以使用的數字微鏡器件；0011圖3說明了按照本發明特定實施例的低脈沖間隔；和0012圖4說明了本發明特定實施例的低脈沖上的時鐘下降效應。具體實施例方式0013根據本發明的教導，提供了一種增加視頻顯示系統的位深度的系統和方法。一般地，本發明的特定實施例通過降低來自照射空間光調制器的光源的光輸出，并在降低的光輸出期間應用較低有效位(此處稱為"短比特位")，來增加空間光調制器比如數字微鏡器件("DMD")顯示的比特位的數量。在這種方式下，位深度或顯示系統可顯示的色彩數量可以得到增加，而不依賴于抖動技術或其他技術，所述抖動技術或其他技術可能在顯示圖像中引入不期望的偽影。盡管此處描述的是以DMD為背景的特定實施例，本發明的教導也同樣可應用于其他空間光調制器，并不局限于數字微鏡器件。0014圖1說明了視頻顯示系統100中一部分的一個實施例的方框圖，根據本發明的教導，所述視頻顯示系統100利用脈沖燈102來增加系統的位深度。在這個實例中，視頻顯示系統100包括脈沖燈102和第一光學組106，所述脈沖燈能夠產生照射光束，所述第一光學組106能夠將照射光束聚焦到集成桿110的入射光瞳。脈沖燈102可以包括任何合適的AC或DC光源，比如，例如金屬鹵化物光源或氙弧光源。第一光學組106可以包括聚光透鏡和/或其他任意合適的光學器件。0015在這一特定的實施例中，照射光束在進入集成桿110之前要通過色輪108。在照射光束的路徑中，色輪108可以包括能夠調制基(或其他合適的)色(例如，紅、綠、和藍)之一的任何器件。色輪108使能照射光束被過濾，以提供"幀序制的"圖像。色輪108使系統100產生不同彩色圖像的序列，這些彩色圖像的序列作為正確的彩色圖像由觀察者通過投影透鏡120察看。0016在這個實例中，系統100也包括第二光學組112，其能夠接收通過集成桿110的照射光束，也能夠通過棱鏡裝置114將照射光束聚焦到調制器116上。第二光學組112可以包括例如，聚焦鏡頭和/或其他任意合適的光學器件。調制器116可以包括任意器件，只要該器件能夠沿投影光路118和/或沿關閉狀態光路122選擇性地傳送至少一些照射光束。在各種實施例中，調制器116可以包括空間光調制器，比如，例如液晶顯示器或發光二極管調制器。0017在這個特定實施例中，調制器116包括DMD。DMD是機電器件，其包括數千個傾斜反射鏡的陣列。每個反射鏡可以傾斜正的或負的十度，作為活動的"開"狀態或者"關"狀態。為了允許反射鏡傾斜，每個反射鏡連接到安置于支撐柱上的一個或多個鉸鏈上，每個反射鏡通過下面的控制電路上方的空間間隙隔開。控制電路至少部分地基于從控制器126接收的圖像數據提供靜電力。0018靜電力引起每個反射鏡選擇性地傾斜。反射鏡陣列上的入射照射光被"開"反射鏡沿投影路徑118反射，被投影鏡頭120接收，入射照射光還可被"關"反射鏡沿關閉狀態光路122反射，被光廢堆(lightdump)(未明確示出)接收。"開"/"關"反射鏡(例如，亮和暗反射鏡)的模式形成了由投影鏡頭120投影的圖像。如本實例所示，視頻顯示系統IOO只使用一個單個的DMD。然而，應該理解的是，本發明的教導也可應用于多個DMD的系統。0019參考圖2可以獲得對用作調制器116的DMD的更好理解。圖2圖解說明了一種按照本發明的教導可以用于視頻顯示系統中的DMD200。如圖2所示，DMD200包括微機電開關("MEMS")器件，所述器件包括具有千萬個傾斜微反射鏡204的陣列。在這個實例中，每個微反射鏡204尺寸上為大約13.7平方微米，且與鄰近的微反射鏡之間有大約一微米的間隙。在一些實例中，每個微反射鏡尺寸上可以小于13平方微米。在其他實例中，每個微反射鏡尺寸上可以大約17平方微米。此外，每個微反射鏡204可以向上傾斜正的或負的十度，以創建活動的"開"狀態條件或活動的"關"狀態條件。在其他實例中，每個微反射鏡204可以傾斜正的或負的十二度，作為活動的"開"狀態或者"關"狀態。0020在這個實例中，每個微反射鏡204在其活動的"開"和"關"狀態之間轉換，以選擇性地傳送至少一部分光信號或光束。為允許微反射鏡204傾斜，每個微反射鏡204連接到裝于裝鉸柱208上的一個或多個鉸鏈216上，并通過在互補金屬氧化物半導體("CMOS")基片202上的空氣間隙分隔開。在這個實例中，微反射鏡204以正的或負的方向傾斜，直到軛206接觸到導電管道210。盡管本實例包括軛206，但其他實例可以不含軛206。在這些實例中，微反射鏡204在正的或負的方向傾斜，直到微反射鏡204接觸到反射鏡光闌(未明確示出)。0021在這個特定實例中，電極212和導電管道210形成于導電層220內，所述導電層220朝著氧化物層203外安置。導電層220可以包括例如，鋁合金或其他合適的導電材料。氧化物層203可操作用于將CMOS襯底202與電極212隔離、與導電管道210隔離。0022導電層220接收偏壓電壓，所述偏壓電壓至少部分地促成了電極212、微反射鏡204、和/或軛206之間所形成的靜電力的產生。在這個特定實例中，偏壓電壓包括穩態電壓。也就是說，在保持DMD200運行的同時，施加于導電層220的偏壓電壓保持大致不變。在這個實例中，偏壓電壓包括大約二十六伏特。盡管這個實例使用了二十六伏特的偏壓電壓，但在不偏離本發明范圍的情況下，也可以使用其他偏壓電壓。0023在這個特定實例中，CMOS襯底202包括與DMD200相關的控制電路。控制電路可包括任何硬件、軟件、固件及它們的結合，只要其能夠至少部分地促成電極212、微反射鏡204、和/或軛206之間靜電力的產生。與CMOS襯底202相關的控制電路，可至少部分地基于從控制器(未明確示出)接收的數據，用來使微反射鏡204在"開"狀態和"關"狀態之間選擇性的轉換。0024在這個特定實例中，微反射鏡204a位于活動的"開"狀態條件，而微反射鏡204b位于活動的"關"狀態條件。控制電路通過選擇性地在特定微反射鏡204的至少一個相關電極212上施加控制電壓，使微反射鏡204在"開"狀態和"關"狀態之間轉換。例如，為將微反射鏡204b轉換到活動的"開"狀態，控制電路從電極212b上去掉控制電壓，并在電極212a上施加控制電壓。在這個實例中，控制電壓包括大約三伏特。盡管這個實例使用大約三伏特的控制電壓，但在不偏離本發明范圍的情況下，也可以使用其他控制電壓。0025一般地，存在與微反射鏡204在"開"狀態和"關"狀態之間的移動相關的響應時間。為了使反射鏡呈現新位置，需要一段稱作反射鏡飛越時間(mirrorflighttime)的時間間隔。在特定的實施例中，所述反射鏡飛越時間限定每個微反射鏡204的最小開-時間在大約16p。這個16^is最小開-時間導致8位最大位深度。0026重新參考圖1，視頻顯示系統100嘗試通過降低來自燈102的光輸出并在低光線輸出時應用短比特位(也被稱作"低脈沖")，來克服這16p的最小開-時間限制。本發明的特定實施例通過降低經由可變電源104提供給燈102的功率，來實現這個低脈沖。之后控制器126使用PWM序列，以在低脈沖時使調制器116顯示短比特位，使得低脈沖和短比特位是同步的。0027一般地，通過可變電源104降低提供給燈的功率來降低脈沖燈102的亮度。在使用AC燈的特定實施例中是這樣實現的當電流已經下降到零點，簡單地將電流在整流期間保持在零點。在典型的整流期間，通常隨著電流跨越零點，出現光的瞬時負尖峰。可以調整所述負尖峰的振幅和持續時間，以產生合適于應用短比特位的低脈沖。0028使用AC燈的其他實施例可以在各次整流之間降低給燈102的功率，因為電流不是必需改變方向以應用低脈沖的。類似地，使用DC燈的特定實施例可以簡單地降低提供給燈102的功率，來產生低脈沖。0029一般地，光強度的特定的降低將決定使用脈沖燈102時位深度可能的增加。例如，如果給燈的功率降低到其額定幅度的25%，那么在二進制下，位深度可以增加兩位，在本實例中位深度從8位增加到10位。在本發明的特定實施例中，每個色彩的每幀有兩個25%光強度的低脈沖間隔，由此所述位增加得以實現。應用的最短比特位的開-時間為16ps。之后使用低脈沖使得有效位的開-時間為4^，對應于10位LSB。在幀中下一個低脈沖期間，可以顯示32ps的比特位開-時間，使得有效位開-時間為8ps。總體上，當使用二進制比特位權重時，結果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>Bl28(在25%的低脈沖期間為32jxs)BO14(在25°/。的低脈沖期間為16ns)0030在這個實例中，所有的比特位權重是二進制的。然而，本發明的特定實施例可使用非二進制比特位權重。此外，在低脈沖時間間隔內創建的LSB也可以是非二進制的。可以使用抖動技術比如藍噪聲STM來顯示這些非二進制的LSB，所述抖動技術可顯示比特位，且不會造成每個色彩在色澤上的非線性誤差。0031在上面討論的實施例中，燈的光輸出可以降低到其額定輸出的大約25%。其他實施例可以根據本發明教導降低到其他數額的光的輸出。例如，在一個實施例中，來自燈的光輸出可以降低到額定光輸出的75%、50%、或25%。此外，本發明的特定實施例可以在單個幀期間改變光輸出的降低水平。例如，幀的第一低脈沖可以是額定光輸出的25%，而幀的第二低脈沖可以是額定光輸出的50%。根據本發明教導，對于低脈沖幅度和所用的PWM比特位定時存在許多其他可能性。此外，低脈沖的寬度和形狀根據期望的執行方式也可以有多種形式，其全部落入本發明的教導內。0032圖3說明了低脈沖間隔300，其為根據本發明的特定實施例的低脈沖時間間隔的一個實例。如圖3所示，對應于低脈沖312所表現的光輸出中的降低的低脈沖間隔300，包括四個復位塊，復位塊302、304、306、和308。在典型的DMD視頻顯示系統中，有十六個復位塊。然而，圖3作為例子說明了簡化的系統。在獲得本公開的益處之后，本領域普通技術人員應該能夠將本發明的教導應用到具有除了四個復位塊之外的系統中。0033在低脈沖間隔300，在低脈沖312期間發生大約25%的光降低。由于燈和電源的物理約束，低脈沖期間的光降低可能不是理想的方波。因此，在低脈沖間隔300期間的DMD序列可被寫入，這樣比特位包含非方波形狀的脈沖。由于DMD從頂部到底部在時間上順序加載并順序復位，所以所顯示的比特位的權重由于非方波低脈沖，將為每個復位塊做出改變。因此，圖3中比特位被這樣安排，以使得低脈沖期間顯示的非LSB(本實例中的B5)中的比特位權重誤差是非常低的(由于脈沖的每一邊關于低脈沖312的垂直軸314對稱)。每個復位塊的B5的鏡像都出現在垂直軸314附近，這樣B5左邊的誤差可以通過B5右邊的誤差抵消。在脈沖最平坦處的低脈沖時間期間，可以應用LSB自身(本實例中的BO)。由于在這個時間期間，塊到塊的復位誤差是最小的，BO的不期望的偽影可得到最小化或避免。由于低脈沖312關于軸314對稱，所以在每個復位塊中B5也有同樣的權重。因此，在本發明的特定實施例中，每個復位塊中的B5的比特位權重不需要被糾正。0034盡管如此，在圖3的實例中，對于比特位權重B0和B5，從復位塊到復位塊可能存在輕微誤差。然而，這些誤差可以在每個復位塊中的低脈沖期間通過使用"時鐘下降"得到降低或消除。一般地，在時鐘下降期間，運行視頻顯示系統的主時鐘變慢，從而在低脈沖期間有效地增加了光的持續時間。這確保了在低脈沖期間的每個復位塊有相同量的合成光能量，有效地使如上面提到的可能不是理想的方波的低脈沖底部"平直化"。0035一般地，時鐘下降的總量可使用發射裝置中的傳感器感應燈光來控制。因此，重新參考圖l，視頻顯示系統100還包括光傳感器124，其用于檢測脈沖燈102光輸出的總量。該信息回饋給控制器126，控制器基于光傳感器124檢測到的光輸出來決定應用到主時鐘128的時鐘下降的合適量。在特定實施例中，控制器126也可基于光傳感器124檢測到的光輸出調整由電源104提供給燈102的功率。如圖1中所示，光傳感器124定位在燈102和第一光組106之間的照射光束路徑中。然而，應該意識到，根據本發明，燈傳感器可以定位在視頻顯示系統100中沿照射光束路徑的其他位置，只要所述位置允許傳感器能充分檢測到燈102的光輸出量。0036本發明的其他實施例可以先行使用傳感器來促進時鐘下降程序。除了使用傳感器來確定燈102的光輸出量(進而確定脈沖形狀)，一些實施例可使用RAM查詢表來確定在低脈沖的各時間期間內使用的時鐘下降量。這種查詢表可以幫助降低系統總成本。然而，這種方法只能在發射裝置的使用壽命中波形的形狀為可重復的時候才有效果。0037圖4所示為一個實施例的低脈沖期間的時鐘下降的效應。如圖4所示，燈光402在時刻408和時刻410之間有大約lOOp的低脈沖412。然而，在所述低脈沖期間，燈的光輸出不是均勻量。確切地說，光輸出有輕微下降。在理論上，低脈沖期間的光輸出應為均勻的。因此，為補償非均勻部分，在低脈沖期間使能(或增強)時鐘下降414，從而當光輸出在25%以上時加速序列，在光輸出低于25%時減慢序列。這樣的結果在有效燈光406中顯示，其在時刻408和410之間(即在低脈沖412的持續期間)有均勻有效的光輸出。時鐘下降有效地"平直化"了低脈沖的底部。0038在圖4所示實例中，假定序列只需要隨著低脈沖期間的時鐘下降而減慢。然而，本發明的其他實施例可在其他時刻使用時鐘下降程序。例如，時鐘下降可以在圖4所示的整個低脈沖波形中運行，而不是只在低脈沖412期間運行。以這種方式使用時鐘下降將使整個波形平直化，而不是只使低脈沖的底部平直化。0039因此，盡管空間光調制器有機械上的限制，但通過減少來自基于空間光調制器的視頻顯示系統的光源的光輸出，并在降低的光輸出期間顯示較低有效位或"短"比特位，本發明的特定實施例提供了增加視頻顯示系統位深度的能力。在特定實施例中，所述增加的位深度可以減少歸因于抖動噪聲的空間輪廓偽影和/或暫時偽影的出現。0040盡管在附圖中圖解說明了且在前面的詳細描述中描述了本發明方法和設備的特定實施例，應該理解，本發明不限制于所公開的實施例，在不偏離本文所闡述和定義的本發明范圍的情況下，可以進行許多重新布置、改進及替換。權利要求1.一種增加視頻顯示系統的位深度的方法，包括用光源的光輸出照射空間光調制器；接收一信號，該信號表示在一時間段內由所述光源提供給所述空間光調制器的所述光輸出應該從第一水平改變至第二水平；和響應于所述信號，在所述時間段內將所述光源的光輸出從大約所述第一水平改變至大約所述第二水平，并在所述時間段內在所述空間光調制器上顯示最低有效位。2.根據權利要求1所述的方法，其中所述時間段對應于所述光源的低脈沖間隔。3.根據權利要求1所述的方法，其中在所述第二水平的所述光輸出是在所述第一水平的所述光輸出的大約25%到大約75%。4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述時間段內檢測所述光源的光輸出；禾口響應于在所述時間段內從所述第二水平偏離的所述光源的光輸出，改變控制所述空間光調制器的主時鐘的速率。5.根據權利要求1-4中任意權利要求所述的方法，進一步包括接收一第二信號，所述第二信號表示在一第二時間段內提供給所述空間光調制器的所述光通量應改變到第三水平；響應于所述第二信號，在所述第二時間段內將所述光源的光輸出改變到大約所述第三水平；在所述第二時間段內在所述空間光調制器上顯示低有效位；其中所述第三水平在所述第一和第二水平之間；和其中所述低有效位在所述最低有效位和最高有效位之間具有有效6.根據權利要求1-4中任意權利要求所述的方法，其中所述空間光調制器包括數字微鏡器件；所述光源是具有可變電源的光源；所述接收的信號表示在預先確定的時間段內所述光輸出應該降低到目標水平；通過響應于所述信號，降低由所述可變電源提供給所述光源的功率，所述光源的光輸出被改變，這樣在所述預先確定的時間段內所述光源的光輸出降低到大約所述目標水平；且進一步包括，響應于在所述預先確定的時間段內偏離到所述目標水平之下的所述光源的光輸出，減少控制所述數字微鏡器件的主時鐘的速率。7.—種視頻顯示系統，其包括空間光調制器；光源，其可操作用于照射所述空間光調制器；可變電源，其可操作用于將所述光源的光輸出從第一水平改變至第二水平；和控制器，其可操作用于將所述空間光調制器的最低有效位的顯示與所述光源的光輸出從所述第一水平到所述第二水平的改變同步。8.根據權利要求7所述的系統，其中所述空間光調制器包括數字微鏡器件；且所述可變電源可操作用于通過降低提供至所述光源的功率來降低所述光源的光輸出。9.根據權利要求7所述的系統，進一步包括主時鐘，其可操作用于控制所述空間光調制器的定時；其中當來自所述光源的光輸出低于所述第二水平時，所述主時鐘的速率可被操作降低。10.根據權利要求9所述的系統，還包括光傳感器，其可操作用于檢測來自所述光源的光輸出；其中所述光傳感器檢測到的所述光輸出用于確定是否調整所述主時鐘的速率。11.根據權利要求7-10中任意權利要求所述的系統，其中所述可變電源還可被操作用于改變所述光源的光輸出至所述第一水平和第二水平之間的第三水平；其中所述控制器還可操作用于將所述空間光調制器的最低有效位的顯示與所述光源的光輸出從所述第一水平向所述第三水平的改變同步；和其中所述低有效位在所述最低有效位和最高有效位之間具有有效位。12.根據權利要求11所述的系統，還包括主時鐘，其可操作用于控制所述空間光調制器的定時；其中當所述光源的光輸出低于所述第三水平時，所述主時鐘的速率可操作以降低。全文摘要根據本發明的教導，提供了一種用脈沖燈(102)增加視頻顯示系統(100)的位深度的系統和方法。在一個實施例中，該方法包括用具有可變電源的光源照射數字微鏡器件(116)；接收一信號，該信號表示在預先確定的時間段內光輸出應減小到一目標水平，所述光輸出是由光源提供給數字微鏡器件的；響應于該信號，減小由可變電源提供給光源的功率，這樣在預先確定的時間段內光源的光輸出就減小到大約目標水平；在預先確定的時間段內在數字微鏡器件上顯示最低有效位；以及響應于在預先確定的時間段內偏離到目標水平之下的光源的光輸出，降低控制數字微鏡器件的主時鐘(128)的速度。文檔編號G09G3/34GK101371289SQ200680012622公開日2009年2月18日申請日期2006年2月16日優先權日2005年2月16日發明者D·J·摩根申請人:德克薩斯儀器股份有限公司