JP2006500616A - 連続照射表示装置において画像のダイナミックレンジを増加させるための時間ディザ方法 - Google Patents

Abstract

適切な照射と同期して表示装置に提供される２つ又はそれ以上の変位サンプルに各々の画素を分割することにより画像のダイナミックレンジを増加させる方法。

Description

本発明は、一般に、画像における階調レベル数を増加させる方法に関し、特に、ディジタル対アナログ変換のダイナミックレンジを増加させることなく、画像における階調レベル数を増加させる方法に関する。

テレビジョンシステムの改善についての開発において、特に投射フィールド内で、反射型液晶表示装置（ＬＣＤ）又はＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙａｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）は大型スクリーンのディジタル表示装置における高解像度に対して寄与することが判明した。その表示装置はシリコン上に製造されるため、ＬＣＯＳ表示装置は、小さい画素と高解像度とを生成する能力を有する。そのような反射型表示装置は、自然画像及び映像の表示のために特に適切な、スムーズに連続する画像を結果的に得る、大きい画素開口率を有する。単一パネルのカラー投射型映像表示装置の開発は、いつでも、表示パネルにおいて全てのカラーを保つことにより従来のカラーホイールシステムと関連する２／３の光損失を伴わないで、カラー画像の生成を可能にする。

異なる色であって、通常は、赤、緑及び青のストリップを連続スクロールさせる動作は、ストライプが表示パネルの底部に残るとき、そのストライプは分離され、パネルの上方に不連続に再移動するようになっている。この動作と同時に、画素の行に入射する光の色に対応する信号を用いて画素の行にアドレス指定する電気的走査が与えられる。表示パネルに亘って通過する光バンドのシーケンスは、同時のフルカラーのアピアランスをビューアに提供できるように非常に速く起こる。

ディジタル映像サンプルがアナログ電圧に変換され、画素アレイにサンプリングされる、そのような映像システムにおいては、階調レベル数は、映像のディジタルからアナログへの変換のダイナミックレンジにより制限される。本発明は、適切な技術と関連する１つ又はそれ以上の問題点又は不利点の克服に導く。

本発明の方法においては、ディジタルからアナログへの変換のダイナミックレンジを増加させることなく、画像における階調レベル数を増加させることができる。本発明の一実施形態においては、そのような増加は、適切な照明を同期化において表示パネルに供給される、２つ又はそれ以上の時点のずれたサンプルに、各々の画素を分離することにより効果がもたらされる。例えば、８ビット画素から１２ビット画素に換えて用いるシステムにおける階調数は、８ビットのディジタルからアナログへの変換を用いることにより、２５６段階から４０９６段階に増加されることができる。そのような技術は、映画、医療及び先端ＣＡＤの用途において非常に有用である。本発明は１つ又はそれ以上のこれらの対象に対応する。

ここで、図１を参照するに、３つのプリズム５８、７２及び８０であって、赤色、緑色及び青色それぞれに各々１つのプリズムが非同軸上に設けられている、単一パネルスクローリングカラー映像表示システム５０の光学的模式図を示している。光バンドをシャープにするための光要素は、明瞭さを目的とするこの図においては省略されていることが理解される必要がある。図に示す、そのような走査システムは、例えば、映画、医療及び先端ＣＡＤの用途等のような、高照度の用途において、特に有用である。

走査システム５０は、白色光を放射する反射器ランプを有する光源５２を有する。そのランプ５２により放射された光ビーム５４は、赤色の光を通過させ、他の色の光を反射する、第１ダイクロイック分割ミラー５６に渡される。ミラー５６に存在する赤色光ビーム５７は、次いで、垂直方向にビームを走査するために赤色光ビーム５７に関して動作する第１回転プリズム５８に入射する。光ビーム５７は、次いで、プリズム５８を出射し、映像情報に従って赤色光を変調し、投影レンズに光を渡す、光バルブ６４又は表示パネルに赤色ビーム５７を反射するダイクロイック再結合ミラー６２に（赤色光を渡す）ダイクロイックミラー７４により光ビーム５７を反射するミラー６０に入射する。

ダイクロイックミラー５６から反射された緑色及び青色光は、緑色光を反射するように作用し、他の色の光を通過させるダイクロイックミラー６８に入射する。従って、緑色ビーム７０は、ミラー６８により反射され、図に示しているような方向に緑色ビーム７０を走査するような役割を果たす回転プリズム７２に入射する。緑色ビーム７０は、次いで、ＬＣＤ表示パネル又は光バルブ６４に緑色ビーム７０を反射する再結合ミラー６２に緑色ビーム７０を反射するダイクロイックミラー７４に渡される。

赤色及び緑色成分がダイクロイックミラー５６及び６８それぞれの作用により光ビーム５４から減じられたとき、ダイクロイックミラー６８を通過した光ビームは青色ビームから成る。青色ビーム７６は、この後、表示パネル又は光バルブ６４に青色ビーム７６を渡す再結合ミラー６２に青色ビーム７６を渡し、青色ビーム７６を走査する回転プリズム８０にミラー７８により反射される。回転プリズム８０の作用により、青色ビーム７６は又、垂直方向に走査される。

プリズム５８、７２及び８０の作用は、表示パネル６４における赤色、緑色及び青色光バンドの走査をもたらす。

当該技術分野において周知であるように、そのような表示装置においては、行は、行ドライバＲ１、Ｒ２、Ｒ３（図２）の１つにより同時にオンに切り換えられた１つの行における画素全てを順次にアドレス指定される。行における個々の画素は、一連の列ドライバ１、２、３及び４により駆動される。列ドライバは、基本的にはメモリドライバであり、入力映像信号をサンプリングし、それぞれのメモリセルにおいてサンプリングされた値を記憶する。単一パネルのカラー投射映像表示システムを用いて、３つ色バンドの赤色、緑色及び青色は、表示パネル又は光バルブ６４に対して垂直に走査される。１つの映像フレーム中、各々の行は、先ず、赤色バンドにより、次いで、緑色バンドにより、最終的に青色バンドにより照射される。例えば、緑色光バンドがこの行に達する前であって、赤色バンドが通過された後に、緑値がロードされる方式で、特定の行のプログラミングが実行される。３つの色バンド全てが、どの時点においても、パネルを照射するため、３つの行は、１つの一定の映像ラインの時間中、プログラムされる必要がある。この動作は連続的に実行され、色バンドがパネル６４に対して動くとき、プログラミングは色バンドを追跡する。

赤色信号、緑色信号及び青色信号に対する信号処理について、図３に示している。信号処理がディジタル方式でなされるように、各々の色信号はアナログディジタル変換器２２、２４及び２６に入力される。その後、Ｒ信号は、時間ｔ_１の間、赤信号を遅延させる第１表示ライン２８に入力される。緑色信号は、時間ｔ２の間、緑色信号を遅延させる遅延ライン３０に入力され、青色ラインは、時間ｔ３において遅延するように遅延ライン３２に入力される。これらの時間は、表示パネル６４に基づいて、それぞれの色の走査速度及び位置に従って、選択される。

色信号は、次いで、スイッチ３４の出力が上記のシーケンスにおける映像ラインの画素と直列ストリームであるように、上記の順序で映像ラインの画素を直列ストリームであるように、遅延回路２８、３０及び３２の各々の出力を順次に選択するスイッチ３４に渡される。その後、信号は、表示パネル６４に順序付けられた遅延ストリームを適用するためにスイッチング機構に入力される。

映像ストリームは、映像ストリーム青色第１ストリーム３８と第２ストリーム４０とに分離するスイッチ３６に渡される。スイッチ３６は、各々のラインの第１の半分及び第２の半分に対応する半分に映像ストリームを分割するように動作する。その後、スイッチ３６からの出力は、奇数画素及び偶数画素に入力を分離するように動作するスイッチ４２にライン３８により接続される。奇数画素への入力はバッファメモリ４４に導かれ、その後、バッファメモリ４４の出力は、出力が図２に示す列ドライバ１に結合されるディジタルアナログ変換器４６に渡される。偶数画素ストリームは、バッファメモリ４８及びディジタルアナログ変換器９０に、その後、同様な方式で列ドライバ２に導かれる。映像ラインの第２の半分はライン４０により結合され、列ドライバ３及び４にそれぞれ出力される、Ｄ／Ａ変換器９６、９９並びにバッファ９４、９８を利用する、及び奇数画素及び偶数画素間で切り換わる奇数偶数スイッチ９２により、同時に処理される。

例えば、２５６ステップから４０９６ステップ（８ビットのディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換を用いる８ビットから１２ビットまでの画素アレイ）までそのような映像システムにおいて又は単色画像化システムにおいて階調数を増加させるために、各々の画素の上位の８ビットは、先ず、アナログ電圧に変換され、各々の画素位置に適用される。アドレス指定された画素位置は、次いで、十分な強度の光で照射される。各々の画素の下位の４ビットは、次いで、１／２５６の強度の光で照射されたアレイとサンプリングされた各々の画素に適用されるアナログ電圧に変換される。代替の方法は、フルスケールより低いレベルで各々の画素の下位の４ビットを変換し、照射強度を比例的に増加させるようにする。これと同じ技術を、単色画像又はカラー画像に適用することができる。フレームレートは、フリッカ又は他の時間アーチファクトを回避するために十分大きい必要がある。

本発明の方法をうまく説明するために、図４の光学図を参照し、図５に示すような表示パネル又は光バルブ６４ａへのストライプの付随走査を実行する。本発明の方法はカラー画像又は単色画像両方に対して用いることができるため、図示の簡便性のために、２つのストライプの単色システムを参考のために用いることとする。しかしながら、図４及び５を参照して示すシステムは、３つの赤色、緑色及び青色各々に対して用いられることが可能である。

図１に示すカラー画像化システムと類似して、白色光を放出する反射器ランプを有する光源５２ａはビームスプリッタ５３に渡され、それにより、ビームスプリッタ５３は、第１光経路５５に（ｍ／２５６）Ｌを送信し、ミラー６３に第２光経路６５において（ｎ／２５６）Ｌを反射し、ここで、ｎ＋ｍ＝２５６であり、好適には、ｎ＝１及びｍ＝２５５である。

調光された光（ｎ／２５６）Ｌは、回転プリズム７３にスリット７１により光経路６５にミラー６３から渡される。その後、光ビームは、偏光ビームスプリッタ６９及び表示パネル６４ａに、ビームスプリッタ７４ａにより再方向付けされるか、その中を通過する。

それぞれのストライプ（ｎ／２５６）Ｌ及び（ｍ／２５６）Ｌの高さは、スリット７１及び５１を通過する光により決定される。好適には、その高さは、表示パネルの高さの半分である。

回転プリズム７３及び５９は、調光ストライプ（ｎ／２５６）Ｌが明るいストライプ（ｍ／２５６）Ｌの位相と１８０°一致しない表示パネルをスクロールダウンするように、位相シフトされる。従って、過走査を仮定しないことにより、２つのストライプは、移送が１８０°一致しないパネルをスクロールダウンし、図５に示すように、光は常にパネル内にある。

各々のプリズム面のサイズは表示パネルへの過走査量を決定する一方、更に現実的な例は、データを書き込むためにストライプ間のブラックギャップを提供し、ストライプの重なり合いを回避することに対して成分の許容範囲を可能にするために、約５％の過走査を提供するようにする。図に示すように、各々のストライプに対する映像アドレシングにおいては、各々のストライプの先端部の少し前の表示パネルにアドレスにアドレス指定される。

例示としての例のために、明るいストライプは（２５５／２５６）ｋＬの輝度を有し、調光ストライプは（１／２５６）ｋＬを有し、各々の画素のひつようなダイナミックレンジは１２ビットであると仮定する。４７Ａの１６進数の１２ビット値を有する、行Ｘ、列Ｚにおける画素を更新することが所望される場合、明るいストライプの前端部が行Ｘ，達するとき、列Ｚは、４７の１６進数、又は、画素の上位８ビットに等しいアナログ値を用いて更新される。調光ストライプの全端部が行Ｘ（１／２フレーム後）に達するとき、列Ｚは、Ａの１６進数、又は、画素の下位４ビットに等しいアナログ値を用いて更新される。従って、フレーム時間に対して人間の眼により累積されたとき、画素は、４７Ａの１６進数、即ち１２ビット値として現れる。

実施中、本発明は、画像表示パネルの画素に提供されるディジタルアナログ変換のダイナミックレンジを増加させることなく、画像における階調レベル数を増加させる。８ビットのＤ／Ａ変換を用いて、８ビット画素アレイから１２ビット画素アレイへの、即ち、２５６ステップから４０９６ステップへの、カラー又は単色のどちらかにおける映像システムにおける増加は、先ず、各々の画素の上位８ビットを各々の画素位置に加えられるアナログ電圧に変換する。アドレス指定された画素位置は、次いで、実質的に十分な強度の光で照射される。各々の画素の下位の４ビットは、１／２５６の強度の光を用いて所期のスクロールと約１８０°位相がずれて照射されるアレイとサンプリングされた各々の画素とに加えられるフルスケールのアナログ電圧に実質的に変換される。フレーム時間に対して人間の眼により累積されたとき、画素は１２ビット値として現れる。

階調レベルを増加させる代替の方法は、フルスケールより低いレベルで各々の画素の下位の４ビットに変換し、照明強度を比例的に増加させることである。

本発明の他の特徴及び側面については、添付図面、上記の詳細説明及び特許請求の範囲を精査することにより得ることができる。

本発明を用いるための適切な単一パネルのカラー投影映像表示システムの光学模式図である。 本発明と共に用いるための一般的な画素アレイの行及び列ドライバを示す図である。 アナログディジタル変換器に入力された赤色、緑色及び青色信号に対する信号処理を表す図である。 本発明を用いるための２つのストライプの単色システムの光学図である。 図４に示している光学システムのストライプが表示パネルに現れる方式を示す図である。

Claims (14)

1. 時間変位サンプルに各々のサンプルを分解することにより画素システムの画像ダイナミックレンジを増加させる方法であって：
   光Ｌの源を備え、前記光を輝度の第１バンドと輝度の第２バンドとに分割する段階；
   光バルブにおいて前記第１バンドを走査する段階；
   前記第１バンドの走査と同期する第１映像情報で前記光バルブをアドレス指定する段階；
   前記第１バンドと位相が約１８０°ずれた前記光バルブにおいて前記第２バンドを走査する段階；及び
   前記第２バンドの走査と同期する第２映像情報で前記光バルブをアドレス指定する段階；
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記画素システムは１２ビットの画素システムである、ことを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記第１バンドの輝度は（２５５／２５６）Ｌであり、前記第２バンドの輝度は（１／２５６）Ｌである、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記第１バンドの輝度は前記第２バンドの輝度より大きい、ことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記光バルブのアドレシングは前記バンドの先端部の少し前に起こる、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記第１バンドの輝度は前記第２バンドの輝度と比例する、ことを特徴とする方法。
7. 光Ｌのバンドの源であって、前記バンドは互いから分離された光のバンドである、光Ｌのバンドの源；
   入力映像信号に従った前記の光のバンドを受ける光バルブ手段；
   前記光バルブ手段において連続的に前記の光のバンドの第１の一を動かすための手段；
   前記の光のバンドの前記第１の一を用いて位相が約１８０°ずれた前記光バルブ手段における光の前記バンドの第２の一を動かすための手段；並びに
   第１映像情報と同期する前記光バルブ手段により前記の光のバンドの前記第１の一を受け、前記光バルブ手段において出力を結合させるために第２映像情報と同期する前記光バルブ手段により前記バンドの前記第２の一を受けるように、光バンド画像化の木戸に対応する映像情報を用いて前記光バルブ手段をアドレス指定するための手段；
   を有することを特徴とする映像表示画素変換システム。
8. 請求項７に記載の映像表示画素変換システムであって、前記映像表示画素変換システムは１２ビット画素システムであり、前記の光のバンドの前記の第１の一は（ｍ／２５６）Ｌの輝度を有し、前記の光のバンドの前記の第２の一は（ｎ／２５６）Ｌの輝度を有し、ここで、Ｍ＋ｎ＝２５６である、ことを特徴とする映像表示画素変換システム。
9. 請求項８に記載の映像表示画素変換システムであって、前記の光のバンドの前記第１の一は映像情報の上位の８ビットと同期しており、前記の光のバンドの前記第２の一は映像情報の下位の４ビットと同期している、ことを特徴とする映像表示画素変換システム。
10. 請求項７に記載の映像表示画素変換システムであって、前記の光のバンドを動かすための手段は、前記光バルブ手段に対して互いに位相が約１８０°ずれた前記の光のバンドを動かすために少なくとも１つの回転プリズムを有する、ことを特徴とする映像表示画素変換システム。
11. 請求項１０に記載の映像表示画素変換システムであって、前記回転プリズムに光のビームを分割し、導くために位置付けられた光ビームスプリッタを更に有する、ことを特徴とする映像表示画素変換システム。
12. 請求項１０に記載の映像表示画素変換システムであって、前記光バルブ手段において所定の高さのストライプを形成するための手段を更に有する、ことを特徴とする映像表示画素変換システム。
13. 請求項７に記載の映像表示画素変換システムであって、前記第１及び第２の光のバンドは約５％、過走査される、ことを特徴とする映像表示画素変換システム。
14. 請求項７に記載の映像表示画素変換システムであって、前記光バルブ手段をアドレス指定するための手段は、前記の第１及び第２の光のバンドの各々の一の先端部の少し前の前記光バルブ手段をアドレス指定する、ことを特徴とする映像表示画素変換システム。
    

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