JP2006301649A - 画像を投影する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
画像を投影する投影システムが記載される。
【解決手段】
投影システムは、連続した色部分を備えた照射ビームを生成する照射システムを有する。照射ビームはライトバルブに基づく光変調手段へと導かれる。光変調手段はこれに当たる照射ビームが表示される画像についての画像情報を持つように照射ビームを変調させうる。画像は画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}後にリフレッシュされる。画像を生成する光変調手段の照射は実質的に画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第１区間中に行われる。これにより高速動画の表示が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は画像を投影するシステムおよび方法に関する。詳しくは、本発明は、ライトバルブ、例えば、液晶表示装置、液晶オンシリコン（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ
ｓｉｌｉｃｏｎ）装置またはデジタル光処理（ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置などの空間光変調装置を用いて画像を投影する方法およびシステムに関する。

シミュレーション応用例では、画像の時間的な再生が非常に重要である。実際において、標準は、画像が蛍光体上に形成され書き込まれた後非常に速やかに消滅するＣＲＴモニタまたはプロジェクタによって設定される。この速やかな消滅のために、画像がある一定の時間同じ場所に留まる「保持」効果は非常に制限される。ＬＣＤ、ＬＣＯＳまたはＤＬＰのような透過型または反射型ライトバルブを用いるプロジェクタでは、画像は典型的には光変調手段上にもっと長い時間存在し、「保持」効果はもっと長くなる。このため目が移動物体を追いかけているとき動画が幾分ぼやけることになる。

画像生成がライトバルブに基いている投影システムは従来において既知である。画像情報を生成するためにライトバルブを用いる単一の光変調手段に基づく典型的な投影システムは、典型的には、白色光を生成するランプを有する照射モジュールと、光路上に設けられ、赤、緑、青および場合によっては白のフィルタセグメントよりなる回転カラーホイールと、カラーホイールによってフィルタリングされた光によって照射される光変調手段、例えば、ＬＣＤ、ＬＣＯＳまたはＤＬＰ装置とを備えている。この結果、照射は赤、緑、青および任意に白の光がこの順序または別の順序で続く時間的シーケンスとなる。カラーホイールの速度は画像のリフレッシュ速度に同期され、これにより新しい画像は各々、カラーホイールの色フィルタセグメントの等価シーケンスを通過する。光変調手段の変調は、装置を照射する色のシーケンスに合わせられ、光の色が例えば赤の場合は、赤色画像に対する情報が光変調手段に提示される。それぞれの色区間の量、順序および幅に呼応するこの情報の順序付けを「シーケンス」と呼ぶ。このようなシーケンスは、例えば、ＤＬＰ装置の製造業者であるＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社が提供するツールによって計算され、プロジェクタにダウンロードされうる。シーケンスは、赤、緑、青および任意に白の照射区間の複数倍よりなる場合もある。これは、赤、緑、青および白の画像情報が１つより多いサブフレームに分割されることを意味し、これは色割れと呼ばれるよく知られたアーティファクトを改善する助けとなる。このシステムは赤、緑、青および任意に白のセグメントのＮ倍を持つカラーホイールによって、またはもっと実用的には赤、緑、青および任意に白のセグメントを一回だけ持つカラーホイールをＮ倍速で回転することによって提供されうる。つまりこの場合はカラーホイールの回転周波数が画像のリフレッシュ周波数のＮ倍である。この場合、「２Ｘカラーホイール」または「３Ｘカラーホイール」もしくは一般的には「ＮＸカラーホイール」という用語が用いられることが多い。図１ａは、２ＸのＲＧＢカラーホイールを持つ光変調手段ベースのプロジェクタでの照射タイミング、すなわちフレーム時間の関数としての光度の一例を示す。照射Ｒ、ＧおよびＢが繰り返されて画像のフレーム時間中に２度現れる。図１ｂは、光変調手段の動作が、１つの照射区間における、すなわち１つの色による光変調手段の単一の照射に対する照射光に与える影響を示す。光変調手段への照射は点線１０によって示される。光変調手段は、その状態に応じて、照射された光を投影レンズの方向にそして画面へと反射させるか、または投影レンズの方向に反射させないかいずれかである。この結果、画面上の光は、実線１２によって示されるように変調されうる。

最近、照射をＬＥＤ装置によって行ういくつかのデジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタが披露された。この場合は、カラーホイールは省かれ、３つのタイプのＬＥＤ装置、すなわち赤色、緑色および青色ＬＥＤからの光を１つの光路へと組み合わせてＤＬＰ装置を照射するために用いるシステムに置き換えることができる。この場合には、これらＬＥＤを連続的に律動させることによって、ＤＬＰ装置上に赤、緑、青および任意に白の色シーケンスを生成することができる。例えば、赤色の照射を作るためには、赤色ＬＥＤのみをＯＮにして緑色および青色ＬＥＤをＯＦＦにする。白色を作るためには、３色のＬＥＤすべてを共にＯＮにすることができる。カラーホイールを用いる場合の状況と同様に、ここでもＬＥＤの律動をＤＬＰ装置上の画像情報に同期させなければならない。

上記のシステムの欠点は、動画を表示および投影する場合の画質がまだ最適とはならず、その結果例えば画像が幾分ぼやけることである。

本発明の目的は、高画質の動画を表示または投影することができる、ライトバルブなどの空間光変調装置を用いる投影および／または表示方法およびシステムを提供することである。

第１の態様では、本発明は、画像を投影する投影システムであって、照射システムと光変調手段とを備え、前記照射システムは前記光変調手段上に照射を与えるようにされ、また前記画像は画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}後にリフレッシュされるものであって、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の少なくとも１つの区間中には前記光変調手段の照射は行われないかまたは実質的に低減される、投影システムを提供する。実質的に低減された照射とは、画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の残りの部分での照度の５０％より少ない、より好ましくは６６％より少ない、さらにより好ましくは７５％より少ない、さらにより好ましくは８０％より少ないことを意味しうる。前記少なくとも１つの区間とは、画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３３％または少なくとも５０％でありうる。

第２の態様では、本発明は、画像を投影する投影システムであって、照射システムと光変調手段とを備え、前記照射システムは前記光変調手段上に照射を与えるようにされ、また前記画像は画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}後にリフレッシュされるものであって、画像を生成するための前記光変調手段の前記照射は、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第１区間中に実質的に行われる、投影システムを提供する。「前記光変調手段の前記照射」が「実質的に行われる」とは、画像を表示するための照度の６６％より大、より好ましくは７５％、さらにより好ましくは８０％が与えられることを意味しうる。前記第１区間は、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の多くて６６％、好ましくは多くて５０％でありうる。前記光変調手段は空間光変調手段であり、デジタル光処理装置、液晶装置またはＬＣＯＳ装置のいずれかであってよい。

本発明による投影システムにおいては、前記第１区間と重複しない前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第２区間中は、前記光変調手段の照射は行われないようにしてもよい。第２区間は、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}において第１区間を補完するものでありうる。

本発明による投影システムにおいては、前記第１区間と重複しない前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第２区間中は、前記光変調手段の照射は、前記第１区間での前記照射に比べて低減されるようにしてもよい。第２区間は、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}に
対して第１区間を補完するものであり得る。前記第２区間中は前記画像に対して追加のビット深さを与えてもよい。

Ｎビットのビット深さを有する画像を表すときは、本発明の実施形態によれば、前記第２区間中は所定数Ｌの最下位ビットのみが表され、一方第１区間中は残りのＮ−Ｌ個の最上位ビットが表されるようにしてもよい。

第２区間において得られた照射は、適切なビット深さが得られるように第１区間において得られた照射と合わせてもよい。

本発明の実施形態による投影システムにおいては、照射システムは、少なくとも２つの異なる色を有する光を発するようにされた光源と、色選択手段例えばカラーホイールとを備え、前記色選択手段例えばカラーホイールは、前記光源によって発せられる前記光から色をフィルタリングするための色セグメント第１セットと、前記色セグメント第１セットの前記色セグメントに比べて透過率が実質的に低下したかまたは透過率がゼロの少なくとも１つのセグメントを備えた色セグメント第２セットとを備えうる。前記色セグメント第２セットの前記少なくとも１つのセグメントは、前記色セグメント第１セットの多数の色セグメントに等しい多数の色セグメントであり、前記色セグメント第１セットの色セグメントと同じ色をフィルタリングするようにされてもよい。前記色セグメント第１セットは原色をフィルタリングするための色セグメントを備えてもよい。前記色セグメント第１セットはさらに白色照射光をフィルタリングするための色セグメントを備えてもよい。前記白色照射光をフィルタリングするための色セグメントに対しては、前記色セグメント第２セットは灰色または暗灰色フィルタセグメントを備えてもよい。

本発明の実施形態による投影システムにおいては、照射システムは、各々が特定の色を発するようにされた多数の光源を備えてもよく、前記光変調手段への前記照射は、前記多数の光源の駆動を適切に制御することによって得られる。前記多数の光源の駆動を制御することは、第１区間において前記多数の光源に駆動電流を与えることと、第２区間において前記多数の光源に駆動電流を与えないこととを包含してもよい。前記多数の光源の駆動を制御することは、第２区間において前記多数の光源に与えられる全駆動電流より高い全駆動電流を、第１区間において前記多数の光源に与えることを包含してもよい。前記多数の光源の駆動を制御することは、照射が両区間において等しい状況に比べて高い全駆動電流を、第１区間において前記多数の光源に与えることを包含してもよい。

別の態様においては、本発明は画像を投影する方法であって、各画像は画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}後にリフレッシュされるものであって、
−前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第１区間中に光変調手段の照射を与えることと、−前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の、前記第１区間と重複しない第２区間中には、前記光変調手段の照射を実質的に低減させるかまたは照射を行わないことと、
を包含する方法を提供する。

前記照射を与えることは、照射ビームの色の異なる部分を連続して与えることを包含してもよい。前記色の異なる部分を連続して与えることは、色選択手段例えば回転カラーホイールの第１部分を用いて照射ビームの色の異なる部分を選択することによって得られうる。もしくは、前記色の異なる部分を連続して与えることは、各々が異なる色を発する個別の光源を連続して駆動することによって得られうる。

前記照射を実質的に低減させるかまたは照射を行わないことは、前記照射ビームを実質的に減らすかまたは遮断することを包含してもよい。前記実質的に低減させるかまたは遮断することは、色選択手段例えば回転カラーホイールの第２部分を用いて得られうる。も
しくは、前記実質的に低減させるかまたは遮断することは、個別の光源を前記第１区間での前記駆動に比べて低い駆動電流で駆動することによって、または前記個別の光源を駆動しないことによって得られうる。

さらに別の態様では、本発明は、画像を投影する投影システムであって、照射システムを備え、照射システムは少なくとも２つの異なる色を有する光を発する光源と、色選択手段例えばカラーホイールとを備え、前記色選択手段例えばカラーホイールは、前記光源によって与えられる前記光から色をフィルタリングするための色セグメント第１セットと、前記色セグメント第１セットの前記色セグメントに比べて透過率が実質的に低減されたかまたは透過率がゼロの少なくとも１つのセグメントを備えた色セグメント第２セットとを備えている、投影システムを提供する。

さらに別の態様では、本発明は、画像を投影する投影システムであって、照射システムを備え、照射システムは、各々が特定の色を発するようにされた多数の光源と、駆動ユニットと、前記光源に与 えられる駆動電流を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第１区間中は前記多数の光源を第１電流レベルで連続して駆動するようにされ、また前記画像フレーム時間の第２区間中は前記多数の光源を、前記第１電流レベルより実質的に低い第２電流レベルで駆動するか、または前記多数の光源を駆動しないようにされる、投影システムを提供する。

本発明はまた、ＤＬＰまたはＬＣＯＳ装置の赤、緑、青および任意に白色の光による照射をフレーム時間内の第１区間に制限して、フレーム時間内の第２区間でのＤＬＰまたはＬＣＯＳ装置の照射を０に保つという照射原則を持つＤＬＰまたはＬＣＯＳプロジェクタに関する。照射は、原色フィルタセグメントおよび任意に白色セグメントよりなる第１セットと、黒色である追加のセグメントとを備える色選択手段、例えば、カラーホイールによって実現されうる。使用される光源は多数の色付きＬＥＤの組み合わせでありえ、第２区間で照射を行わないことは、これら２つの区間で等しい照射が行われる場合に比べて第１区間で駆動電流をより高くすることによって補償される。

本発明はさらに、フレーム時間内の第１区間中での赤、緑、青および任意に白色の光に対するＤＬＰまたはＬＣＯＳ装置の第１照射レベルと、フレーム時間内の第２区間中での赤、緑、青および任意に白色の光に対するＤＬＰまたはＬＣＯＳ装置の第２照射レベルとを有する照射原則を持つＤＬＰまたはＬＣＯＳプロジェクタに関する。第２区間中は、選択された数Ｌの最下位ビットのみが表され、一方、第１区間中は、その他のＮ−Ｌ個の最上位ビットが表される。第２区間の照射レベルは、最下位ビットの得られる輝度が最上位ビットの輝度と良好に合わせられて、良好で滑らかな階調追従が得られるように、第１区間の照射レベルにスケーリングされる。照射は、原色フィルタセグメントおよび任意の白色セグメントよりなる第１セットと、原色フィルタセグメントおよび任意に１つ以上の暗灰色フィルタセグメントよりなる第１セットより実質的に暗い原色セグメント第２セットとからなる色選択手段、例えば、カラーホイールによって実現されうる。光源は多数の色付きＬＥＤの組み合わせでありえ、第２区間での低い照射、従って低い駆動電流は、これら２つの区間で等しい照射が行われる場合に比べて第１区間で駆動電流をより高くすることによって補償される。

本発明の実施形態の利点は、ライトバルブ、例えば、液晶装置（ＬＣＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）またはデジタル光処理装置（ＤＬＰ）などの空間光変調器を用いた投影および／または表示方法およびシステムが、モーションブラーがあまり感知されないように高速動画を投影および／または表示するのにより適切となるように、光学的配置を改変して提供されていることである。

また本発明の実施形態の利点は、シーケンシャルカラー方式を用いるプロジェクタにおいて、色シーケンス化の時間的性質および各フレームの画像を繰り返すことによって生じる「色割れ」および「画像割れ」の影響が低減されることである。

本分野では常に装置の改良、変更および進化が見られるが、本発明の概念は、従来の慣行からの脱却を含む実質的に新しい新規の改良を代表するものであり、結果としてより効率的で安定的な信頼性のあるこの種の装置を提供するものであると確信する。

本発明の教示により、画像特に高速動画を表示および／または投影する改良された方法および装置の設計が可能となる。

本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例によって示す添付の図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明を特定の実施形態に関して所定の図面を参照して述べるが、本発明はこれらに限定されることはなく請求の範囲によってのみ限定される。上述した図面は単に概略を示すものであり限定するものではない。図面において、構成要素のいくつかのサイズは例示の目的で誇張され一定尺度で描いていない場合もありうる。本記述および請求の範囲において「備える」という用語を用いる場合、これは他の構成要素またはステップを排除しない。

さらに、記述および請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似の構成要素間で区別を行うために用いられるのであって、必ずしも連続的なまたは時間的な順序を示すためのものではない。このように用いられる用語は、適切な環境の下では交換可能であり、またここで述べる本発明の実施形態は、記述または例示したもの以外の他のシーケンスでの動作も可能であることは理解されたい。

本発明では、方法およびシステムは、画像を投影するために提供され、特に動画に適している。従って画像は典型的には画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}後にリフレッシュされる。

第１の実施形態では、本発明は、画像を高画質で投影する、特に高速動画を高画質で投影する方法およびシステムに関するものであって、画像情報はライトバルブを備えた光変調手段によって提供される。高画質は、画像フレーム内で画像を生成するための光変調手段上に与えられるべき光度の実質的に大部分を投影するのに必要とされる総時間を減らすことによって得られる。光変調手段上に与えられるべき光度の大部分とは、画像フレーム内で画像を生成するための光変調手段上に与えられるべき光度の５０％より大、より好ましくは６６％より大、さらにより好ましくは７５％、さらにより好ましくは８０％であることを意味する。本発明の本実施形態による例示的なシステム１００の概略外観図を図２に示す。システムは、連続して発光されるいくつかの異なる色部分を備えた照射ビームを与えるようにされた照射システム１０２と、当たってくる照射ビームを表示すべき画像情報に従って変調する光変調手段１０４とを備えている。

照射システム１０２は、連続して発光される様々な色部分を備えた照射ビームを与えるようにされる。様々な色部分とは、例えば赤、緑および青（ＲＧＢ）の原色、または黄、シアンおよびマゼンダ、もしくは他のいずれかの適切な色の組み合わせでよい。様々な色部分はまた白色部分を備えてもよい。赤、緑、青および白（ＲＧＢ＆Ｗ）色部分が存在する場合は、システムは冗長カラーシステムと呼ばれる。典型的にはシステムはＲＧＢまたはＲＧＢ＆Ｗに基づいて用いられるが、他の色および他の色数を用いてもよい。このよう
に照射ビームは典型的には連続して発光する第１色部分および第２色部分を少なくとも備えている。つまり、このように照射ビームは少なくとも第１色部分および第２色部分の時間的なシーケンス、例えば、赤色部分、青色部分、緑色部分および任意に白色部分がこの順序または他のいずれかの順序で続く時間的なシーケンスである。

光変調手段１０４はライトバルブに基づいており、ライトバルブは透過型または反射型ライトバルブでありうる。光変調手段は、表示されるべき画像についての画像情報を備えるように、当たってくる照射ビームを変調する手段である。これは、例えば液晶表示（ＬＣＤ）装置、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）装置、および例えばデジタルミラー装置などのデジタル光処理（ＤＬＰ）装置でありうる。光変調手段１０４上に設けられる画像部はリフレッシュ速度でリフレッシュされ、照射システム１０２は画像部のリフレッシュ速度に同期させて照射ビームの色部分を与えるようにされて、これにより新しい各画像が、色選択手段、例えばカラーホイール上のカラーフィルタセグメントの等価シーケンスを通過する。このように光変調手段の変調は、光変調手段を照射する色シーケンスに合わせられる。すなわち、例えば光の色が赤の場合は、赤色画像に対する情報が光変調手段に提示される。様々な色区間の量、順序および幅に呼応するこの情報の順序付けを「シーケンス」と呼ぶ。この同期化はコントローラ（図示せず）を用いて得るとよい。色セグメントが色選択手段、例えばカラーホイール上に等しい期間またはサイズを有することは必要でもなく一般に望ましくもないことに留意されたい。

本発明では、照射システム１０２はさらに、画像フレーム内で画像に対して表示されるべき光度の大部分に相当する、画像フレーム内での光変調手段上の照度の大部分が、画像フレーム時間より少ない区間内で投影されるように、照射ビームを与えるようにされる。好ましくは、画像フレーム内で画像を作成するための光変調手段上に与えられるべき照度の大部分は、全フレーム時間の９０％より少ない、より好ましくは全フレームの７５％より少ない、さらに好ましくは全フレーム時間の６７％より少ない区間内で出力される。光度の大部分とは、画像フレーム内で画像を生成するための光変調手段上に与えられるべき光度の５０％より大、より好ましくは６６％より大、さらにより好ましくは７５％、さらにより好ましくは８０％であることを意味する。画像フレーム内で画像を作成するための光変調手段を照射する照度の大部分の出力を、画像フレーム時間より少ない区間に制限することは、用いられる照射システムのタイプによって、様々な方法で行うことができる。例えば照射システム１０２が白色光源に基づくものであって、連続した色部分が例えばカラーホイールを用いて生成される場合は、カラーホイールを、画像フレーム時間の一部の期間は照射ビームの光度を制限または遮断するようにすることができる。照射システム１０２が個別の色光源に基づくものであって様々な色の光を与える別の例では、画像フレーム時間の一部の期間での光度の制限は、色光源のいずれも駆動しないことによって、または画像フレーム時間の一部の期間に実質的に低い出力が得られるように色光源を駆動することによって得てもよい。これらの例は後の実施形態でより詳細に述べる。照度の大部分を画像時間フレームの一部に制限することはさらに、他の手法、例えば、個別の光源の駆動時間を制御することと遮断手段を用いて透過光度を減らすこととの組み合わせを用いて得てもよい。従って光変調手段１０４は、照射ビームの対応するそれぞれの色部分が与えられるとき対応する色画像部分を与えるように制御される。

投影システムはさらに、例えば照射ビームを照射システム１０２から光誘導手段１０４および投影レンズ１０８へと誘導するための光学系１０６、および／または本発明の理解のためには必要ではなく当業者には周知である、任意の構成要素などの追加の構成要素を備えてもよい。このような光学系１０６は例えばレンズ、ビームスプリッターおよび／またはミラーを備えうる。本発明の利点は、画像のぼやけの影響をなくしてまたはこれを低減させて高速動画を投影することができること、および画像割れが減少することである。後者はこのように、画像または少なくともその大部分が表示される総時間を低減させるこ
とによって得られる。

第２の実施形態では、本発明は、第１の実施形態のシステムによる画像を高画質で投影するシステムに関し、この場合、照射システム１０２は、様々な色を発する光源と、照射ビームの色部分を連続して分割するカラーホイールとを備えている。本システムは、ライトバルブに基づく投影システムでのぼやけや画像割れの影響を減らすことができる。後者は、システムを画像フレーム内で画像を表示するのに必要とされる照度の大部分が画像時間フレームより少ない期間に制限されるようにすることによって得られる。本実施形態のシステムは、図３に示すように、様々な波長の光を備える照射ビームを発するようにされた光源２０２を有する照射システム１０２と、特定の色の部分を連続して備えるように光源２０２からの照射ビームをフィルタリングするために光路に設けられる回転可能なカラーホイール２０４とを備えた投影システム２００である。投影システムはさらに、第１の実施形態で述べたように、画像に関する情報を生成するためのライトバルブに基づく光変調手段１０４を備える。本発明の第１の実施形態に存在する他の構成要素および特性は本実施形態においてもまた存在しうる。

カラーホイール２０４は、典型的には、光源によって生成される光ビームから特定の色をフィルタリングするようにされた色セグメント第１セットを備えている。このようにカラーホイールは、光源２０２によって発せられる光ビームから第１の色および第２の色をフィルタリングするための少なくとも第１の色セグメントおよび第２の色セグメントを備えた色セグメント第１セットを備えている。それに関して第１の色は第２の色とは異なる。典型的には、色セグメント第１セットは原色、すなわち赤、緑および青の光をフィルタリングするようにされるが、本発明はこれに限定されない。もしくは、色セグメント第１セットは、黄、マゼンダおよびシアンの光をフィルタリングするようにされてもよい。さらに、色セグメント第１セットは冗長システム、すなわち原色のフィルタリングのための色セグメントの他に白色光のフィルタリングのための色セグメントも存在するシステムで動作するようにしてもよい。本実施形態では、カラーホイール２０４はさらに、画像フレームの画像を作成／投影するための照度の大部分が出力される総時間が減少するようにされる。後者は、暗くした、つまりすべての色に対して透過率が実質的に低い少なくとも１つのセグメントを備えた色セグメント第２セットを導入することによって行われうる。つまり、カラーホイール２０４は、セグメント第１セットの他に、透過率が第１セットの各セグメントの透過率より実質的に低い少なくとも１つのセグメントを備える。実質的に低いとは、透過率が、すべての波長に対して第１セットの各セグメントの透過率より少なくとも５０％低い、好ましくは少なくとも６６％低い、または少なくとも７５％低い、または少なくとも９０％低い、または少なくとも９９％低いか、もしくは透過率がゼロであることを意味する。例として、様々な変形例について述べる。

第１の変形例では、色セグメント第２セットは単一の実質的に完全に黒のセグメント、すなわち単一の実質的に完全に光を遮断するセグメントにより構成されうる。黒のまたは実質的に完全に光を遮断するセグメントとは、透過率が実質的にゼロであるセグメントを意味する。光遮断セグメントは光反射セグメントでも光吸収セグメントでもよい。図４はこの改変構造を有して、結果的に光変調手段１０４の照射が画像時間フレームより少ない期間に制限されることになる例示的なカラーホイール２０４を示している。つまり、照射はこのように画像フレーム時間の少なくともある期間の間は光変調手段１０４から締め出される。実質的に完全に光を遮断するセグメントがカラーホイールの半分をカバーする例を示しているが、本発明では光遮断セグメントの正確なサイズは制限されないことは当業者であれば明らかであろう。典型的には、光遮断セグメントのサイズは、光が時間の少なくとも２５％遮断されるようにされうる。図４のカラーホイール２０４を一定速度で用いる場合は、光変調手段１０４の照射は画像フレーム時間の半分に制限される。光変調手段１０４が照射される時間の関数としての対応する照度を図５に示す。照射を第１区間に制
限する目的は、画像が動いているとき生じるぼやけが低減されるように画像をより少ない時間フレームで表示するためである。当然ながらこの場合には、ランプからの光がフレーム時間のかなりの部分の間妨害されるためプロジェクタに実質的な光損失が生じるという事実において犠牲が払われる。光変調手段１０４のシーケンスは、黒ではないセグメントの間のみに画像情報を表示するように調整する必要がある。その低減された区間で光変調手段１０４上に完全なビット深さを提供することが可能でない場合は、１つまたは複数の最下位ビットの表示をスキップする必要がある。

第２の変形例では、カラーホイール２０４の色セグメント第２セットは、第１色セグメントと同様の色をフィルタリングするための色セグメントセットを備えうるが、これら色セグメントは色セグメント第１セットより実質的に暗い。つまり、カラーホイール２０４の色セグメント第２セットは同じ色をフィルタリングすることができるが、強度を下げて対応する照射を行う。したがって色セグメント第２セットは、ゼロではないが、色セグメント第１セットの対応する色セグメントに比べて実質的に低いまたは低減した透過率を有する色セグメントを提供しうる。対応する色セグメントとは、実質的に同じ色をフィルタリングする色セグメントを意味する。冗長カラーホイール２０４、すなわち色セグメント第１セットに任意の白色セグメントが提供される場合は、色セグメント第２セットは１つ以上の暗灰色セグメントも備えてもよい。このような色セグメントおよび任意の暗灰色セグメントよりなる第２セットを与える目的は、光変調手段上の総照射フラックスを、第１区間でスキップされた１つまたは複数の最下位ビットを照射してこれらが必要な階調レベルに依然として正しく貢献するようにするために必要とされるレベルおよび時間に減らすことである。つまり、ぼやけおよび画像割れの影響は大幅に低減されるが、光が色セグメント第２セットを幾分かは透過することができるので、必要なビット深さすなわち階調を提供するのに十分な照射を与えることができる。照射の軽減ファクター、すなわち色セグメント第１セットの色セグメントに対する照射区間中の照度と色セグメント第２セットの色セグメントに対する照射区間中の照度との比率をＡとすると、Ａの好適な値を求める式は以下でありうる。

ここで、Ｎは光変調装置１０４で用いられる色毎のビット数であり、Ｌは色セグメント第２セットに帰属する最下位ビットの数であり、ｔ_{ｆｉｒｓｔ}は最上位ビットのすべてが第１区間中に表示される総区間、すなわち色セグメント第１セットの色セグメントのための照射区間であり、ｔ_{ｓｅｃｏｎｄ}は最下位ビットのすべてが第２区間中に表示される総区間、すなわち色セグメント第２セットの色セグメントのための照射区間である。よって、この軽減ファクターは各色に対して個別に、例えば、各原色にそして任意の白色に対して計算されうる。この式に対して小さな変更を行っても画像の質にそれほど大きな影響を与えないため、これらの変更は可能である。この照射構成の目的は、損失ビットを表現して画像に加え、これにより画像の全ビット深さ、よって階調レベル数を少なくとも低速動画または静止画像に対しては維持することである。しかし、高速動画では、最下位ビットは、第１区間に比べると非常に暗い第２区間で表現されるため、高速物体を追跡している観察者には余分の光は識別し得ないであろう。図６は、例として３原色セグメントを示す色セグメント第１セットと暗いまたは低透過性の対応する色セグメントを示す色セグメント第２セットとを示す、本発明の本変形例によるカラーホイールの例を示す。図７は、図６に示された対応するカラーホイールが光路内で回転している時の光変調手段上への照射の例を示す。

上記に示した変形例は単に例示のためのものであって、色セグメント第１セットおよび、色セグメント第１セットの色セグメントに比べて透過率を低くした少なくとも１つのセグメントを備えた色セグメント第２セットを提供する他の変形例も見出し得ることに留意されたい。色セグメント第２セットは例えば黒のまたは実質的に完全に遮断する部分と、透過率が低いがゼロではない色セグメントとを備えうる。

本発明はカラーホイールに関して述べたが、類似の色セグメントを備えた色選択手段の別の実施形態、例えばフィルム、ストリップ、プレート、コンベヤーベルトなどを本発明の範囲を離れることなく同様に用いることができる。

第３の実施形態では、本発明は第１の実施形態で述べたように画像を高画質で投影するシステムに関し、照射システムは、画像フレームの画像を作成するのに必要とされる照度の大部分が画像フレーム時間の一部に制限されるように駆動される、異なる色の光を発する個別の光源を備える。この結果、ライトバルブに基づく投影システムでの高速動画のぼやけおよび画像割れの影響が減少する。後者は、このようにシステムを画像フレームの画像を作成するのに必要とされる照度の大部分を与えるのに必要な総時間が低減されるようにすることによって得られる。本実施形態では、照射システムの様々な光源が画像フレーム時間中に少なくとも２つの異なるレベルで駆動され、少なくとも１つの駆動レベルは、完全な非発光または他のレベルより実質的に少ない発光強度となる。

図８に示す本実施形態のシステムは、多数の光源３０２を備えた照射システム１０２を備えた投影システム３００であり、各光源３０２は実質的に１つの色の光を発し、これにより少なくとも多数の光源３０２が実質的に異なる色の光を発する。典型的には、照射システム１０２は赤、緑および青色の光を与えるようにされうるが、本発明はこれに限定されない。それぞれの光源３０２の光は次に単一の照射ビームへと連続して組み合わされて、これが光変調手段１０４に与えられる。照射ユニットで用いられる光源３０２は発光ダイオード（ＬＥＤ）でもよい。それぞれの光源３０２は多レベル駆動システム（図示せず）または制御システムを備えて、光源３０２の強度が少なくとも第１および第２レベル、例えば、ＯＮおよびＯＦＦに律動され、また、任意に中間間レベルに設定されうるようにしてもよい。本発明の本実施形態は図８に示す例示的なセットアップに限定されず、光変調手段１０４を用いて生成される画像情報、例えばフレーム時間を参照して照射の時間合わせを可能にするすべてのシステムに関連することに留意されたい。従ってプロジェクタの実際のセットアップはさほど重要ではない。

本発明の本実施形態では、画像を実質的に作成するのに必要とされる総時間の低減は、光源を比較的高い強度で駆動する駆動時間を減らすことによって得られる。光源、例えばＬＥＤは、光変調手段の照射、例えば赤、緑、青および任意に白色の照射が、画像フレーム時間の第１区間であって、全画像フレーム時間の９０％より少ない、より好ましくは全画像フレーム時間の７５％より少ない、さらにより好ましくは全画像フレーム時間の６７％より少ない第１区間中に存在するように駆動される。よって画像情報は好ましくは、この第１区間中に、色毎に、例えば赤、緑、青および任意に白色毎に一度だけ表示されうる。低減された第１区間において完全なビット深さを提供することは可能ではないかもしれない。そこでこの区間では１つまたは複数の最下位ビットの表示をスキップする必要がある。

画像フレーム時間の残りの部分をカバーする第２区間では、実質的に低減された照射が与えられる。実質的に低減された照射とは、第１期間での照度フラックスより少なくとも１０％少ない、少なくとも３３％少ない、少なくとも５０％少ない、少なくとも９０％少ない、または少なくとも９９％少ない、もしくは照射は行われない、すなわち照射フラッ
クスがゼロであることを意味する。第１区間が例えばフレーム時間の最初に位置する場合は、第２区間は例えば第１区間の終わりからフレーム時間の終わりまで位置しうる。実質的に低減された照射は多数の変形例を含んでいてもよい。

第１の変形例では、光変調手段の照射は画像フレーム時間の第２期間中には行われない。よって照射ユニットの光源の照射を完全にＯＦＦにされうる。図９は、照射のすべてが、この例ではフレーム時間の半分である第１期間に制限される例を示している。照射をＬＥＤによって行う場合は、結果として、ＬＥＤの平均電力消費を増やすことなく照射レベルを第１期間においてより高くすることができる。照射を第１区間に制限することの利点は、完全な画像を画像が動くときに生じるぼやけを減らすようにより小さな時間フレーム内で表示することである。

第２の変形例では、第２区間中では照射は、第１区間の照射レベルよりＡ倍低いレベルに下げられる。前の実施形態と同様に、照射の軽減ファクターＡ、すなわち第１照射区間中および第２照射区間中の照度の比率は好ましくは以下によって与えられる。

ここで、Ｎは光変調装置で用いられる色毎のビット数であり、Ｌは第２区間に帰属する最下位ビットの数であり、ｔ_{ｆｉｒｓｔ}は最上位ビットのすべてが表示される第１区間の長さ、そしてｔ_{ｓｅｃｏｎｄ}は最下位ビットのすべてが表示される第２区間の長さである。またここでは、この式に対して小さな変更を行っても画像の質にそれほど大きな影響を与えないため、これらの変更は可能である。この照射構成の目的は上述の第１の実施形態の場合と同じである。第２期間での全照射フラックスを０にまたは第１期間に比べて低いレベルに下げることの利点は、個別の光源による照射により、光源を第１および第２区間で照射を等しくして用いる場合より、第１区間中により多くの電流で個別の光源を駆動することが可能であり、これにより、より暗い第２区間で失われる光出力の幾分かが取り戻されることである。図１０はこの照射構成の例を示す。第１区間がフレーム時間の前半部分そして第２区間がフレーム時間の後半部分であり、第２区間に低減された照射が与えられる。

第１および第２区間内でのそれぞれの色での照射の構成は、図９および図１０に示したものとは異なる方法でなされうる。色の順序を変更することができるし、または色の照射区間自体をいくつかの異なるサブ区間に分割することができる。尤も、通例、サブ区間はそれぞれ第１および第２区間内に留まるとされる。

本発明の実施形態の利点は、単一チップＬＣＯＳプロジェクタで実現されうることである。この場合、照射の制御と画素の更新との間の衝突により画像が中断するのを回避するために、ＬＣＯＳ装置では、行毎の更新ではなく、画像の色サブフレームすべての更新がすべての画素で共に同時に生じるようにするのが好ましい。

本発明を具現化する投影システムの目的を実現するための他の配置は当業者には自明であろう。本発明は好適な実施形態を参照して図示および記述したが、形態および詳細においての様々な変更または改変を本発明の範囲および精神から離れることなく行いうることは当業者であれば理解されよう。例えば、提示した実施形態ではシステムについて述べたが、本発明はまたこれらシステムを適切に駆動する対応する方法にも関する。さらに、シ
ステムについて述べたが、本発明はまた、例えばカラーホイールなどの色選択手段の駆動または個別の光源の駆動を適切に制御するコントローラにも関する。

従来技術により既知のカラーホイールを用いる投影システムについての画像フレーム内での照度を示すグラフである。 従来技術により既知のカラーホイールを用いる投影システムについての画像フレーム内での照度を示す詳細なグラフであって、光変調手段への照射および光変調手段による影響後に処理された照射を示す。 本発明の第１の実施形態による、高速動画を高画質で投影するようにされた投影システムの図である。 本発明の第２の実施形態による動画におけるぼやけの影響を低減させるようにされた投影システムの模式図である。 本発明の第２の実施形態の第１の変形例による投影システムで使用されるカラーホイールの例示的な図である。 図４に示すようなカラーホイールを用いる投影システムについてのフレーム内での照度を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の第２の変形例による投影システムで使用されるカラーホイールの例示的な図である。 図６に示すカラーホイールを用いる投影システムについてのフレーム内での照度を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態による動画におけるぼやけの影響を低減させるようにされた投影システムの模式図である。 本発明の第３の実施形態による照射のための第１のタイミングシーケンスを用いる投影システムについてのフレーム内での照度を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態による照射のための第２のタイミングシーケンスを用いる投影システムについてのフレーム内での照度を示すグラフである。

Claims (16)

1. 画像を投影する投影システム（１００）であって、照射システム（１０２）と光変調手段（１０４）とを備え、前記照射システム（１０２）は前記光変調手段（１０４）上に照射を与えるようにされ、また前記画像は画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}後にリフレッシュされる投影システムにおいて、画像を生成するための前記光変調手段（１０４）の前記照射は、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第１区間中に実質的に行われる、投影システム。
2. 前記第１区間と重複しない前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第２区間中は、前記光変調手段（１０４）の照射は行われない、請求項１に記載の投影システム（１００）。
3. 前記第１区間と重複しない前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第２区間中は、前記光変調手段（１０４）の照射は前記第１区間での前記照射に比べて低減される、請求項１に記載の投影システム（１００）。
4. 前記第２区間中は、前記画像に対して追加のビット深さが与えられる、請求項３に記載の投影システム（１００）。
5. 前記画像はビット深さにより表され、前記第２区間中は所定数の最下位ビットのみが表され、一方第１区間中は残りの最上位ビットが表される、請求項３または４のいずれかに記載の投影システム（１００）。
6. 前記第２区間において得られた照射は、適切なビット深さが得られるように前記第１区間において得られた照射と合わされる、請求項３〜５のいずれかに記載の投影システム（１００）。
7. 前記照射システム（１０２）は、少なくとも２つの異なる色を有する光を発するようにされた光源（２０２）と、色選択手段（２０４）とを備え、前記色選択手段（２０４）は、前記光源（２０２）によって発せられる前記光から色をフィルタリングするための色セグメント第１セットと、前記色セグメント第１セットの前記色セグメントに比べて透過率が実質的に低下したかまたは透過率がゼロの少なくとも１つのセグメントを備えた色セグメント第２セットとを備えている、前述の請求項のいずれか１項に記載の投影システム（１００）。
8. 前記色セグメント第２セットの前記少なくとも１つのセグメントは、前記色セグメント第１セットの多数の色セグメントに等しい多数の色セグメントであり、前記色セグメント第１セットの色セグメントと同じ色をフィルタリングするようにされている、請求項７に記載の投影システム（１００）。
9. 前記照射システム（１０２）は、各々が特定の色を発するようにされた多数の光源（３０２）を備え、前記照射は、前記多数の光源（３０２）の駆動を適切に制御することによって得られる、請求項１〜６のいずれかに記載の投影システム（１００）。
10. 前記多数の光源（３０２）の駆動を制御することは、前記第１区間において前記多数の光源（３０２）に駆動電流を与えることと、前記第２区間において前記多数の光源（３０２）に駆動電流を与えないこととを包含する、請求項９に記載の投影システム（１００）。
11. 前記多数の光源（３０２）の駆動を制御することは、前記第２区間において前記多数の
    光源（３０２）に与えられる全駆動電流より高い全駆動電流を、前記第１区間において前記多数の光源（３０２）に与えることを包含する、請求項９に記載の投影システム（１００）。
12. 画像を投影する方法であって、各画像は画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}後にリフレッシュされるものであって、
    −前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第１区間中に光変調手段（１０４）の照射を与えることと、
    −前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の、前記第１区間と重複しない第２区間中には、前記光変調手段の照射を実質的に低減させるかまたは照射を行わないことと、を包含する方法。
13. 前記照射を与えることは、照射ビームの色の異なる部分を連続して与えることを包含する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記照射を実質的に低減させるかまたは照射を行わないことは、前記照射ビームを実質的に減らすかまたは遮断することを包含する、請求項１２に記載の方法。
15. 画像を投影する投影システム（２００）であって、照射システム（１０２）を備え、前記照射システム（１０２）は少なくとも２つの異なる色を有する光を発する光源（２０２）と、色選択手段（２０４）とを備え、前記色選択手段（２０４）は、前記光源によって与えられる前記光から色をフィルタリングするための色セグメント第１セットと、前記色セグメント第１セットの前記色セグメントに比べて透過率が実質的に低下したかまたは透過率がゼロの少なくとも１つのセグメントを備えた色セグメント第２セットとを備えている、投影システム。
16. 画像を投影する投影システムであって、照射システム（１０２）を備え、前記照射システム（１０２）は、各々が特定の色を発するようにされた多数の光源（３０２）と、駆動ユニットと、前記光源（３０２）に与えられる駆動電流を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記画像フレーム時間ｔ_{ｆｒａｍｅ}の第１区間中は前記多数の光源（３０２）を第１電流レベルで連続して駆動するようにされ、また前記画像フレーム時間の第２区間中は前記多数の光源（３０２）を、前記第１電流レベルより実質的に低い第２電流レベルで駆動するかまたは前記多数の光源（３０２）を駆動しないようにされる、投影システム。

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