JP2007517263A

JP2007517263A - レーザープロジェクションディスプレイにおける歪みを制御可能に補正する方法および装置

Info

Publication number: JP2007517263A
Application number: JP2006547334A
Authority: JP
Inventors: ミクロススターン，; ポールドボルキス，; ナラヤンナンブディリ，; カールウィッテンベルク，; チンタン，; ロンゴールドマン，; ドミトリーヤビッド，; フレデリックエフ．ウッド，; ジョセフカッツ，
Original assignee: シンボルテクノロジーズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2007-06-28
Also published as: US20050279922A1; EP1700489A1; US7304619B2; WO2005067314A1

Abstract

レーザープロジェクションディスプレイ（ＬＰＤ）によって生成される画像の歪を制御可能に補正する方法および装置を提供する。歪は、ＬＰＤに対するＬＰＤ表示面の形状および／または角度から生じる。例えば、ＬＰＤは、ＬＰＤに対するＬＰＤ表示面の角度を割り出すことができ、次いでＬＰＤ画像を長方形などの元の構成に戻すように水平および垂直の走査機構を調整することができる。本発明によるレーザーの制御方法は、レーザーによって画像を投影する表面の特性を決定するステップと、決定した表示面の特性を使用してレーザーの１つ以上のアスペクトを制御しながらレーザー光を表示面に投影するステップとを包含する。

Description

本発明は、概して電子ディスプレイに関し、より詳しくはレーザープロジェクションディスプレイにおける歪んだ画像を補正（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ）するレーザープロジェクションディスプレイに関する。

関連技術の説明
画像投影の分野において、投影画像には、画像を表示する角度に対する表示面の形状および角度に少なくとも部分的に起因する様々な歪が生じる可能性がある。例えば、プロジェクターが表示スクリーンに対してある角度をなして配置されると、画像はその通常の長方形の構成に対してキーストーン状になる。同様に、湾曲した表面に投影される長方形の画像も変形する。これまで、この問題は、画像の解像度を落とさずに、また大きく複雑な光学システムを用いずに、画像を所望の長方形の構成に復元することにおいては、提案されたどの解決策も成功していおらず、十分に複雑なものであった。

本発明は、上述の問題のうちの１つ以上の影響を解決または少なくとも低減することを目的とする。

本発明の一側面では、レーザーの制御方法を提供する。該方法は、レーザーによって画像を投影する表面の特性を決定するステップと、決定した表示面の特性を使用してレーザーの１つ以上のアスペクトを制御しながらレーザー光を表示面に投影するステップとを含む。

本発明は、添付図面とともに以下の記述を参照することで理解されよう。同じ要素には同じ参照番号を使用する。

本発明は、様々な変更および代替形態を受け入れることができるが、本明細書においてはその具体的な実施形態を一例として図示し、詳述する。しかし、本願明細書の具体的な実施形態の記述は、本発明を開示した特定の形態に制限するものでなく、逆に、その趣旨は添付の請求項に定義される本発明の精神と範囲に含まれる全ての変更、同等物、および変形例を対象とするものであると理解されたい。

以下、本発明の実施形態について説明する。明確にするならば、実際の実施形態の全てをこの明細書に記述しているわけではない。もちろん、このような実際の実施形態の開発においては、実装に特有な多くの決定を行って、システム関連の制約や業務関連の制約に従うなど、実装によって変化する開発者の特有の目的を達成しなければならないことを理解されよう。そのような開発努力は、複雑かつ時間がかかるであろうが、それにも係わらずこの開示の利益を受ける当業者が取り組むルーチンであるということが理解されよう。

以下の同時係属出願は、その全体が援用される。ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＡｌｉｇｎｉｎｇａＰｌｕｒａｒｉｔｙｏｆＬａｓｅｒｓｉｎａｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｉｓｐｌａｙＤｅｖｉｃｅ，ＭｉｋＳｔｅｒｎ他；ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｙＲｅｄｕｃｉｎｇＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｅｄｂｙａＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＭｉｋＳｔｅｒｎ他；ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＤｉｓｐｌａｙｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＵｓｉｎｇａＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＮａｒａｙａｎＮａｍｂｕｄｉｒｉ他；ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＰｒｏｖｉｄｉｎｇａｎＩｎｔｅｒｆａｃｅＢｅｔｗｅｅｎａＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄａＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＮａｒａｙａｎＮａｍｂｕｄｉｒｉ他；ＡＣｏｌｏｒＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＰａｕｌＤｖｏｒｋｉｓ他；ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＣａｐｔｕｒｉｎｇＩｍａｇｅｓＵｓｉｎｇＡＣｏｌｏｒＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＣｈｉｎｈＴａｎ；ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＣｏｎｓｅｒｖｉｎｇＰｏｗｅｒｉｎａＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＦｒｅｄＷｏｏｄ他；ＡＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＲｏｎＧｏｌｄｍａｎ他；ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｙＭｏｄｕｌａｔｉｎｇａＬａｓｅｒｉｎａＬａｓｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ＤｍｉｔｒｉｙＹａｖｉｄ他。

図を参照して、特に図１について説明する。図１は本発明の一実施形態によるレーザープロジェクションディスプレイ（ＬＰＤ）１００の様式的なブロック図である。図示の実施形態において、ＬＰＤ１００は、３つのレーザー１０２、１０４、および１０６を備え、それぞれ赤、緑、または青などの固有の色からなる光線１０８、１１０、および１１２を放出することが可能である。当業者には、レーザーの数およびそれらが放出する色を、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく変化させられることが理解されよう。

レーザー１０２、１０４、および１０６は、共通の面１１４内に配置され、光線ビーム１０８、１１０、および１１２は互いに角度を有し、第１の走査鏡１１８などの第１の走査装置上に実質的に共通の位置１１６に向けられ、走査装置で光線ビーム１２０、１２２、および１２４として反射する。図示の実施形態において、第１の走査鏡１１８は、比較的高い速度（例、約２０乃至３０ｋＨｚ）で軸１２０上を振動する。第１の走査鏡１１８の回転または振動によって、光線ビーム１０８、１１０、および１１２が移動する。第１の走査鏡１１８の角度位置が変化すると、走査鏡１１８からの光線ビーム１２０、１２２、および１２４の反射角も変化する。したがって、鏡が振動すると、反射された光線ビーム１２０、１２２、および１２４が走査され、二次元ディスプレイの１つの構成要素に沿って光線ビーム１２０、１２２、１２４が移動する。

二次元ディスプレイの第２の構成要素は、鏡１２６などの第２の走査装置によって形成される。図示の実施形態において、第２の鏡１２６は、第１の鏡１１８の回転軸に実質的に垂直な軸の周囲における回転または振動運動を生じさせるように、旋回軸点１３０でモーター１２８に接続される。光線ビーム１２０、１２２、および１２４は、光線ビーム１３２、１３４、および１３６として第２の鏡１２６に反射し、表示面１３８に導かれる。表示面１３８は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な方式のうちのいずれかを用いてよい。例えば、表示面１３８は、レーザー１０２、１０４、および１０６を前部または背部に当てることが可能であり、ＬＰＤ１００と共通の１つのハウジング（図示せず）に含めることが可能である固定スクリーンであってもよいし、代わりに、表示面１３８は、ＬＰＤ１００から離れた壁またはスクリーンなどの都合のよい概して平面の形態としてもよい。

第２の鏡１２６は、第１の鏡１１８よりも比較的低速（例、６０Ｈｚ）で振動または回転する。したがって、図２に示すように、光線ビーム１３２、１３４、および１３６は、概して表示面１３８上の経路１４０をたどる、と理解されよう。当業者には、この経路１４０が、陰極線管テレビおよびコンピュータ用モニターに一般的に用いられるラスタスキャンの形状および概念に類似していると理解されよう。

本願明細書に開示した本発明は、その実施形態のコンテキストにおいて、別々の第１の走査鏡１１８および第２の走査鏡１２６を用いているが、当業者には、単一の鏡を使用して同様の経路１４０が形成されると理解されよう。単一の鏡は、２つの軸の周囲を移動して２つの直交軸に沿った高速および低速の振動運動を提供することが可能である。

図１から明らかなように、レーザー１０２、１０４、および１０６の角度位置決定によって、レーザー１０２、１０４、および１０６を機械的および光学的に配置して、光線ビーム１０８、１１０、および１１２を同一面１１４内および（鏡１１８上の）回転軸１２０上の）同一点に供給するが、各レーザーは異なる反射角を有し、光線ビーム１２０、１２２、および１２４を分岐させる。コントローラ１４２は、レーザーを第２の鏡１２６に反射させて、第２の鏡１２６と表示面１３８との間の距離に比較的依存せずに、表示面１３８の同一点に供給することが可能なように、レーザー１０２、１０４、および１０６に制御可能に電圧を加えて光線ビーム１２０、１２２、および１２４を効果的に共線化する。

図３Ａおよび３Ｂを参照して、光線ビーム１２０、１２２、および１２４を共線化するためのコントローラ１４２の動作について述べる。説明を簡素化するために、図３には２つのレーザー１０２および１０４だけを示す。しかし、当業者には、本願明細書において述べられる概念を、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、３つ以上のレーザーにまで拡大してもよいことが理解されよう。図３Ａに示すように、レーザー１０２および１０４に同時に電圧を加えると、反射した光線ビーム１２０および１２２が分岐する。しかし、図３Ｂに示すように、レーザー１０２および１０４にわずかに時間をずらして電圧を加えると、光線ビーム１２０および１２２を単一の共通の経路に進ませることができる（すなわち、光線ビーム１２０および１２２は共線である）。例えば、レーザー１０２に第１の時間ｔ１で電圧を加えると、鏡１１８は、実線で表される第１の位置にあり、光線ビーム１０８は、鏡１１８に反射して光線ビーム１２０となる。続いて、レーザー１０４に第２の時間ｔ２で電圧を加えると、鏡１１８は、破線で示される第２の位置にあり、光線ビーム１１０は、鏡１１８に反射して光線ビーム１２２となる。時間ｔ２を正確に制御することによって、鏡１１８は、光線ビーム１２２を光線ビーム１２０と実質的に同じ経路に沿って正確に反射する。

したがって、コントローラ１４２の動作を介して、光線ビーム１２０および１２２は、実質的に共線であるが、時間的にわずかにずれている。すなわち、光線ビーム１２０および１２２は、どちらも表示面１３８上の実質的に同じ点に投影されることになるが、わずかに時間差がある。しかし、人間の眼には残像性があるため、そのタイミングの変化は検出できない。すなわち、図１に示される３レーザーシステムにおいて、レーザー１０２、１０４、および１０６のそれぞれは、固有の色および強度のレーザー光を比較的短い時間の間に表示面１３２上の実質的に同じ点に制御可能に供給する。人間の眼は、３つの色を別々に検出せずに、むしろ、一致した所望の色調が表示面上の点に現れるように３つ光線を混合して知覚する。当業者には、画像を表示面１３２上に再現させるために、経路１４０に沿って、このプロセスを多数回繰り返しているということが理解されよう。

図１に戻り、光検出器１４４は、表示面１３８に反射したレーザー光を受けるように構成される。光検出器１４４は、単一の感光素子またはグリッド内に配列される複数の感光素子を含む、様々な形態のうちのいずれかを用いてよい。いくつかの実施形態において、反射されたレーザー光を光検出器１４４上に集中させるために、機械的／光学系１４６を備えることが有用な場合がある。

光検出器１４４は、回線１４８を経てコントローラ１４２に接続される。光検出器１４４が検出した反射されたレーザー光の強さを示す信号を、回線１４８を通じてコントローラ１４２に通信することが可能である。場合によっては、例えば光検出器１４４が感光素子のグリッドまたはアレイを構成している場合、反射されたレーザー光の位置に関する情報を伝達するためにも有用な場合がある。図４と併せて詳述すると、コントローラ１４２は、概して表示面の反射性、人または物体によってレーザー光が遮られているかどうか、または表示面が変更されたかなどの、レーザーの伝送経路に関連する状態を決定するために、反射されたレーザー光の強さに関する情報を使用することが可能である。このような現象が検出された場合、必要に応じてレーザーの動作を変更することが可能である。

１．水平走査線の垂直方向間隔の均一化
図４に示すように、小型ＬＰＤディスプレイは、ＬＰＤプロジェクターがある角度で上向きに投影している方向で使用することが可能である。ＬＰＤプロジェクター１は、垂直走査の中心線３が垂直スクリーン２に対して完全にずれるように角度がつけられている。垂直走査速度は、各水平線が次の水平線と一定の頂角で間隔をあけるように一様である。また、上部の一組の水平線６および７は、スクリーン上で下部の一組の水平線４および５よりもさらに離れて間隔をあける。

ＬＰＤ上の垂直走査鏡は、角度ずれ対時間が非線形であるところでは多少制御することができるので、鏡角度対時間は、全てのスクリーン上の水平線が同じ垂直距離だけ離れて間隔を置くように制御することができる。

ＬＰＤの傾斜角度βが既知であり、スクリーン上に描かれる水平線がＮ本あり、ＬＰＤの最大の光学的垂直位置ずれが±θであれば、完全に一様な水平線間隔を得るためのＬＰＤの所望の光学的垂直位置ずれ角度αは次式で表される。
α_ｊ＝ａｔａｎ［（１−ｊ／Ｎ）ｔａｎ（β−α）＋（ｊ／Ｎ）ｔａｎ（β＋θ）］−β
ここで、最下の水平線の場合はｊ＝０であり、最上の水平線の場合はｊ＝Ｎである。この関係は、図４に示される垂直走査の構成から得られる。

図４に示される状況では、走査が垂直方向に移動するためにスクリーンとＬＰＤとの間の距離が変化するので、最下から最上までの水平走査線の各水平線の長さの変化も生じる。しかし、水平走査長は、最終的に全てのピクセルが垂直および水平方向において一様に間隔をあけた表示装置となるように、各ピクセルの生成タイミングを制御することによって電子的に調整することができる。

２．垂直方向間隔調整用スクリーン傾斜センサー
小型ＬＰＤは、第１セクションに記述したもののように、垂直線の間隔を均一化するスキームとともに使用することができる。装置のユーザーは、βの角度パラメータを手動で調整して、ＬＰＤのユーザーインターフェースを使用してこのパラメータに対する値を入力することができる。しかし、図４に示されるＬＰＤは、その傾斜角度を検出するための内蔵センサーを備えることができる。このセンサーは、図４のＬＰＤ１上に示されるように、調整脚の位置を検出することによって、またはユニットと重力の方向との間の方向を検出することによって機能することができる。このように、ユニットのソフトウェア内のβの角度パラメータは、ユニットのユーザーがユニットの傾斜を調整した時に自動的に調整することができる。

ＬＰＤプロジェクターの代わりに、またはこれに加えてスクリーンを傾斜させる一実施形態では、スクリーンの角度を検出するセンサーを使用してβの角度パラメータを自動的に調整する。

３．光学スクリーンの距離検出
小型ＬＰＤは、第１セクションに記述したもののように、垂直線の間隔を均一化するスキームとともに使用することができる。そうすることによって、スクリーンの角度を光学的に検知することが可能であり、ＬＰＤプロジェクターの中心線とスクリーンの法線ベクトルとの間の傾斜の内部調整を行う。この角度は、スクリーン上の異なる点がＬＰＤから異なる距離に位置するという原理に基づいて光学的に検出することができる。ユニットが自動調整モードの間は、テストパターンを投影することができる。テストパターンを投影している間は、スクリーン上に画像を表示しているときであればいつでもユニット内の電子機器を使用してスクリーンが反射する光の強さを検出することができる。反射された光の強さの変化は、スクリーンとＬＰＤとの間の距離の変化と相関させることができる。これらの距離と位置との間の変化の関係を使用して、ＬＰＤとスクリーンとの間の角度を割り出すことができる。

この代わりに、表示面からの反射を受けるように単一の受光装置を配置してもよい。ＬＰＤは、受信した信号の強さを観察して、ＬＰＤの投影方向に関するＬＰＤの角度を割り出すように構成することができる。ＬＰＤに関するスクリーンの反射強度と角度との間の相関は、ＬＰＤが２つのパラメータ、すなわち、既知の光信号の強度および観察した反射信号の強度を使用してアクセスすることが可能なルックアップテーブルに記録することが可能である。いくつかの場合、これはＬＰＤの投影領域内の複数の位置に対してそのプロセスを繰り返す場合に有用となり得る。この角度を割り出したら、次いで上述のように補正を加えることができる。

この自動調整スキームは、図５に示すようなスクリーンとＬＰＤとの間の水平方向の傾斜、角度γに加えて、図４に示すようなスクリーンとＬＰＤとの間の垂直方向の傾斜も検出するために使用することができる。図５は、投影の中心線と投影スクリーンの法線との間に水平方向のずれがある状態の投影状態の平面図を示す。

４．傾斜スクリーンに対するピクセル幅の水平補正
小型ＬＰＤプロジェクションシステムには、投影スクリーン上のピクセルの水平分布に様々な補正を行う機能がある。第１セクションには、ＬＰＤユニットとスクリーンに対する法線ベクトルとの間の垂直方向の傾斜に起因する水平走査長に対する補正の記述がある。この補正に加えて、垂直走査線間の間隔を一様に調整できる方法に幾分類似しているが、ピクセルが全て一様な幅になるように、個々の水平ピクセル間の間隔を調整することができる。図５は投影状況の平面図であり、図５に示される角度γが既知であれば、個々の均等幅のピクセルの範囲を定める水平走査角度を計算することができる。各ピクセルに提供される光のタイミングは、スクリーン上の均等幅のピクセルを形成するように水平走査鏡の位置に対応して同調させることができる。

５．キーストーン歪の補正
一般的に「キーストーン」と称する画像の歪は、プロジェクションシステムの中心線とスクリーン表面に対する法線ベクトルとの間の垂直または水平ずれに起因する。これらは、第１セクション乃至第４セクションで言及したものと同じずれである。これらのずれに起因する不均一性を補正するために、ＬＰＤディスプレイの垂直線間隔および水平ピクセルのタイミングを無限に調整することが可能である。したがって、ＬＰＤが投影した画像のあらゆる種類のキーストーン歪を補正することも可能である。加えて、垂直線または水平ピクセル間の間隔だけが変化し、垂直線または水平ピクセルの数は変化しないので、これらの歪を解像度を落とさずに補正することが可能である。キーストーン効果に対する補正は、図１および２に関して上述したものと実質的に同一である。

６．固定スクリーンに対する垂直方向間隔の調整の簡略化
第１セクションに記述した垂直線間隔の均一化を簡略化した実施形態である。角度βが意図的に一定であるように、ＬＰＤプロジェクターとそのスクリーンとの間に一定の関係が存在する場合、正確な垂直走査鏡の角度対時間を常に容易に取り出せるように、垂直線間隔の均一化の式を、固定ルックアップテーブルとしてＬＰＤユニット内に保存することができる。同様に、キーストーン歪を完全に除去するために、水平走査幅におけるあらゆる必要な補正を、水平ピクセルタイミング対垂直走査位置の固定ルックアップテーブルに保存することができる。

７．タイル状のＬＰＤディスプレイ
複数の小型ＬＰＤを使用してタイル状の画像を作成することができる。図６は、４つのＬＰＤ１、２、３、および４をスタンド５に載置してスクリーン６に４つの画像を投影するための１つの可能な実施形態である。４つの画像は、スクリーン６の反対側で背面投影モードにおいて観賞することができる。ＬＰＤの画像の水平および垂直位置は無限に調整することができる。したがって、画像の周縁部を正確に配列するように、これらの複数の画像間の傾斜を調整する能力がもたらされる。

他の実施形態は、２つだけまたは２つ以上の多数のＬＰＤを備えることができ、そのＬＰＤは前面投影表示または背面投影表示のためのタイル状画像を作成すように構成することができる。

８．レターボックスを用いない、または解像度を落とさないアスペクト比の変更
小型ＬＰＤを使用して、解像度を落とさずに、また、（「レターボックス」のあるアナモルフィックなワイドスクリーン２．４０：１の画像を標準１．３３：１のテレビに生成するので）使用されないが投影されるスクリーン領域を必要とせずに、異なるアスペクト比（幅：高さ）の長方形の画像を作成することができる。

一例として、図７（ａ）は、ＬＰＤディスプレイが投影した幅３ピクセル×高さ５ピクセルの画像を示す。同じＬＰＤディスプレイは、図７（ｂ）に示されるように、幅４ピクセル×高さ３ピクセルの画像を投影するモードに変更できる。水平幅、垂直高さ、水平ピクセル解像度、および垂直走査間隔のあらゆる組み合わせを選択できるように、ＬＰＤの水平走査鏡および垂直走査鏡の振幅は、無限に調整可能であり、ＬＰＤのピクセルレーザーは、ソフトウェアで制御することができる。異なるアスペクト比の画像を作成するために、１つのＬＰＤが受ける制限は、走査鏡によって達成可能な最大の光角と、ピクセルレーザーを制御するシステムの最小の時間分解能（クロック速度）と、表示装置のリフレッシュレートの許容性の限度だけである。これらの制限の中で、アカデミー比率（１．３３：１）の画像を表示すること、および水平ピクセル解像度を落とさずにアナモルフィック比率（２．４０：１）の画像への切り換えが可能である。さらに、正方形の画像および高くて幅の狭い画像を含めたあらゆる比率の画像を表示できる。

９．遠距離でのより明るい画像のための画像サイズの縮小
一定の拡散性のレーザービームを画像の作成に使用するので、小型ＬＰＤディスプレイを使用して、被写界深度の変化に関係なく焦点が合ったままの画像を投影することができる。しかし、非常に離れたところで投影すると、ＬＰＤディスプレイが作成する画像の輝度が不足する場合がある。この場合、特にスクリーンに対してＬＰＤを配置できる場所が制限される場合、ＬＰＤをスクリーンに近づけずに、より小さくて明るい画像を作成することが望ましい場合がある。

図８（ａ）は、ＬＰＤによって投影した仮定的に幅５ピクセル×高さ４ピクセルの画像のピクセルを示す。スクリーンに対してＬＰＤを移動させずに画像の輝度を高めるために、水平および垂直走査振幅を減じてその画像を図８（ｂ）に示すようなサイズに縮小することができる。この走査振幅における変更を、各ピクセルに提供される光学的出力を変更せずに行うと、図５（ｂ）の画像の輝度は、図５（ａ）の領域の減少に比例して高められる。

他の実施形態では、幅および長さがあらゆるピクセル数の画像に同一サイズの縮小を行うことができる。

１０．光学要素を使用したより明るい画像のための画像サイズの縮小
非常に離れたところで投影すると、ＬＰＤディスプレイが作成する画像の輝度が不足する場合がある。この場合、特にスクリーンに対してＬＰＤを配置できる場所が制限される場合、ＬＰＤをスクリーンに近づけずに、より小さくて明るい画像を作成することが望ましい場合がある。

図９（ａ）は、ＬＰＤプロジェクター１で画像２を非常に離れたところに投影する状況を示す。図９（ｂ）において、光学要素４は、ＬＰＤ３と投影画像５との間に配置する。この光学要素はＬＰＤからの走査レーザービームと相互に作用して、投影する画像のサイズを縮小することによって、ＬＰＤをスクリーンに近づけずに画像の輝度を高める。

光学要素４が完全にパッシブで調整不可能であり、所与の距離での画像サイズが一定に縮小される実施形態をもたらす可能性がある。別の実施形態において、光学要素４は、サイズ縮小の比率を制御する調整手段を備えることができる。

１１．アキシコン要素を使用した投影画像の焦点深度の増加
小型ＬＰＤは、ＬＰＤガウスレーザーのプロファイルの拡散を、距離による垂直走査間隔および水平ピクセル間隔の拡散と一致させることによって、ＬＰＤからの特定の距離を越えて基本的に無限の焦点深度を達成することができる。しかし、回折を制限したガウスレーザーのウエストサイズによって、拡散の一致がもはや正確ではなくなるガウスレーザーのウエスト付近の領域が常に存在することになる。

円錐形の屈折アキシコンでは、そのプロファイルサイズがベッセル関数の二乗に比例する無逸脱光線をうまく作成することがすでに示されている。この非ガウスビームは、ガウスビームよりも長い距離範囲において光線の中心に高率のエネルギを有する。このアキシコンをＬＰＤシステムに組み込んだ場合、投影される画像はより長い距離範囲を通して焦点の合ったピクセルを含むことができる。さらに、より狭い出力分布のアキシコンで形成した光線によって、ＬＰＤディスプレイの垂直および水平解像度が増加する。

１２．層状の画像の半透明スクリーン上への投影
表示装置の無限の焦点深度によって各スクリーン上の画像の焦点を合わせることが可能になるので、小型ＬＰＤを使用して、様々な距離に位置するスクリーンに情報を表示することができる。

一実施形態において、図１０に示すように、ＬＰＤプロジェクター１は、左半分が透明で右半分が不透明であり、通常のスクリーン３の前に配置したガラス製スクリーン２に投影する。前面から見た場合、図に示すように、ＬＰＤプロジェクターからの画像の右半分が近いほうのスクリーンの不透明の半分に現れるが、プロジェクターからの画像の右半分は向こう側にあるスクリーンに現れる。これによって、観察者に対して階層化した効果がもたらされ、１つの画像が別の画像の前に浮いているように見える。

別の実施形態において、ＬＰＤは、透明／不透明スクリーン上に後ろから投影することができる。図１１に示すように、ＬＰＤ１は、左半分が透明で右半分が不透明であるガラス製スクリーン２に後ろから投影することができる。観察者の視点から見て、そのスクリーンの前に右半分が透明で左半分が不透明の第２のガラス製スクリーン３を配置することができる。観察者は、向こう側のスクリーンの左側に形成される前面スクリーンの右側を通して１つの画像を見るとともに、後ろのスクリーンの左側を通して投影される、前面スクリーンの左側に形成される１つの画像を見ることになる。これも観察者に対する階層化した効果をもたらし、１つの画像が別の画像の前に浮いているように見える。

他の実施形態では、選択的な透明度を有する３つ以上のスクリーンを使用して、観察者に対して３つ以上の浮動層を作成することができる。

１３．画像の非平坦面への投影
小型ＬＰＤを使用して、画像を不規則な形状の表面に投影することができる。表示装置の焦点深度は距離に依存しないので、表面に作成する画像は、プロジェクターからその表面のあらゆる点までの距離に関係なく、また投影方向に対するあらゆる点の法線の角度に関係なく、その表面のあらゆるところで焦点が合わせられる。このように、焦点の合った画像を、従来の平坦なスクリーンと比較して不規則な表面全体に「描く」ことができ、その表面全体をスクリーンとして機能させることが可能になる。

一実施形態において、図１２（ａ）に示すように、ＬＰＤディスプレイは、湾曲した形状の表面のあらゆる場所で焦点を失うことなく、風船の湾曲した表面に投影することができる。

第２の実施形態において、図１２（ｂ）に示すように、ＬＰＤディスプレイは、トリプティックの３つのパネルのいずれにおいても焦点を失うことなく、トリプティックな面に投影することができる。

１４．３Ｄ画像の回転式のスクリーンへの作成
小型ＬＰＤを使用して、投影方向に垂直な軸の周囲を回転するスクリーン（または複数のスクリーン）上に画像を投影することができる。図１３に示すように、スクリーン２が回転すると、ＬＰＤプロジェクター１とスクリーン表面の点との距離は常に変化する。しかし、ＬＰＤの焦点深度は距離に依存しないので、スクリーン表面に投影される画像は、スクリーンとの距離の範囲を通して焦点が合ったままとなる。

スクリーンの位置をプロジェクター自身が検知または制御できる場合、画像を表示するタイミングは、表示する画像の特定のピクセルがＬＰＤから特定の距離で回転するスクリーン表面に現れる時の、瞬間のタイミングに対応するように同調させることができる。高速回転スクリーンおよび最適な高速表示フレーム速度によって、様々な３Ｄ表示装置効果を達成することができる。

一実施形態では、（回転ドアの構成に類似した）高速に回転する４枚パネルのスクリーンを使用して、観察者の視点から前後に移動する画像を作成することができる。

別の実施形態では、同じく回転する４枚パネルのスクリーンを使用して、スクリーンが様々に異なるＬＰＤからの距離を有するときに異なる画像を表示することによって、様々な深度に分割された画像を表示することができる。これによって、観察者の視点には疑似３Ｄ画像が作成される。

１５．ノズルを介した風船内部への画像の投影
第１３セクションに置いて述べたように、小型ＬＰＤを使用して、画像を不規則な形状の表面に投影することができる。本発明の一実施形態において、ＬＰＤは、背面投影に好適な材料で作成された膨張可能な風船の内面に投影するように構成することが可能である。図１４に示すように、ＬＰＤディスプレイは、風船を膨張させる装置に組み込むことができる。ＬＰＤプロジェクター１は、風船３を膨張させるためのノズル２を備える。ＬＰＤユニットは、ノズルを介して画像４を投影し、この画像は風船の表面に現れる背面投影画像として見ることができる。

１６．携帯用の膨張可能または折り畳み式スクリーン
小型ＬＰＤディスプレイは、膨張可能または折り畳み式スクリーン、または膨張可能なフレームを備えたスクリーンとともに動作することができ、スクリーンを小型ＬＰＤと同じように携帯可能にできる。図１５は、これらのデザインを示す。図１５（ａ）は自立型の膨張可能なスクリーンを示す。図１５（ｂ）は自己膨張型のスプリングワイヤリムを備えた折り畳み式スクリーンを示す。図１５（ｃ）は加圧リムを備えた膨張可能なスクリーンを示す。

１７．ポンプを備えた膨張可能なスクリーン
第１６セクションに示すように、ＬＰＤ用の膨張可能な表示装置には、スクリーンの迅速な膨張を容易にするために、電動ポンプまたは小型の手動ポンプを備えることができる。

１８．非平坦スクリーン表面の画像歪の補正
第１３セクションにおいて説明したように、小型ＬＰＤプロジェクターは、画像の非平坦面への投影には理想的である。ＬＰＤを組み込んだ装置は、ユーザーから見て凹状のスクリーンを使用することができ、ディスプレイの個人的な使用、見やすさ、環境照明の排除、および画像の中に入り込んだような感覚を助長する。この代わりに、小型ＬＰＤを使用して、ユーザーから見て凸状のスクリーン状に投影することができ、他のユーザーとともに鑑賞することを容易にする。

いずれの場合も、ＬＰＤの電子機器およびソフトウェアを使用して、ピクセルの位置、およびピクセル間の間隔を一様にするための水平走査線の間隔を調整することができる。水平走査線を歪ませるスクリーン表面の場合、画像処理では、ピクセルタイミングおよび垂直走査の間隔のあけなおしを利用して、非平坦なスクリーン表面への投影によって生じる歪を補正することができる。このような補正は、スクリーンの形状が既知であれば、ルックアップテーブルまたは方程式を使用することによって行うことができる。この代わりに、後述するように、本ＬＰＤは、光学式、超音波、または例えば第１セクション乃至第４セクションで述べたような他の既知の検知技術を使用して、スクリーンの位置および形状を検知することによって、「未知の」形状に自動的に対応することができる。

１９．形状センサーを備えた調整可能な凸状／凹状スクリーン
第１３セクションの概念の更なる実施形態は、ユーザーが凹状から平坦な形状を通して凸状の形状に調整できるスクリーンである。図１６（ａ）は、凹状の表示装置を備えた背面投影のバージョンを示す。図１６（ｂ）は、ユーザーが同じスクリーンを凸状に調整したものである。これらはまた、同じ種類のスクリーンを備えた前面投影の実施形態とすることもできる。

スクリーンのフレームの１つまたは複数の応力センサーを使用して、スクリーンの形状が変化したときのＬＰＤの自動調整が可能になる。代わりに、スイッチ、接触子、または近接センサーを使用して、スクリーンの形状の変化を検出することができる。また、ユーザーがスクリーンの形状を調整したときに、投影パラメータを自動的に検知および調整する手段として、第３セクションに述べたスクリーンの距離の光学的検出が使用できるようになる。

本明細書において特に他の定義を明示している、または説明の文脈から明らかである場合を除いて、「処理」、「演算」、「計算」、「決定」、または「表示」などの言葉は、コンピュータシステムまたは同様な電子計算装置の動作および処理のことである。コンピュータシステムは、そのコンピュータのレジスタおよびメモリ内に物理的、電子的な量として表されるデータを、そのコンピュータのメモリまたはレジスタあるいは情報を保存、伝送、または表示する他の装置内の物理的な量として動揺に表されるデータに操作および変換する。

当業者には、本願明細書の種々の実施形態に示される様々なシステム層、ルーチン、またはモジュールが、実行可能な制御ユニットであってよいということを理解されたい。制御ユニットには、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号処理装置、プロセッサカード（１つ以上のマイクロプロセッサまたはコントローラを備える）、または他の制御装置またはコンピュータを備えることが可能である。本説明で引用した記憶装置には、データおよび命令を保存するための１つ以上の機械可読の記憶媒体を備えることが可能である。この記憶媒体は、ダイナミックまたはスタティックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）、消去可能で再書き込み可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能で再書き込み可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュメモリ等の半導体メモリ；固定、フロッピー（登録商標）、リムーバブルディスク等の磁気ディスク；テープを含むその他の磁気媒体；およびコンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の光学媒体を含む、異なる形態のメモリを含むことができる。様々なシステム内において様々なソフトウェアレイヤ、ルーチン、モジュールを決定する命令は、各記憶装置内に格納されることができる。制御ユニットによるいつ実行されるかという命令は、関連するシステムにプログラムされた動作を実施させる。

本発明は、変更されたり、異なるが本明細書における教示の利益を有する当業者にとっては同等と思われる様式で実行されたりすることがあり、上記で開示した特定の実施形態は一例にすぎない。さらに、以下の特許請求の範囲において説明される以外、本明細書に示す構造または設計に限定することを意図するものではない。したがって、説明したシステムを実装し使用するために必要な処理回路は、本開示の利益を得る当業者には理解されるように、アプリケーション固有の集積回路、ソフトウェア駆動の処理回路、ファームウェア、プログラム可能論理デバイス、ハードウェア、不連続の構成要素または上記構成要素の配置において実装されることができる。したがって、以上に開示した特定の実施形態は修正または変更されることがあり、そのような変化はすべて本発明の範囲と精神の範囲内であると見なされることは明白である。よって、以下の特許請求の範囲において本明細書が求める保護を記載する。

本発明の一実施形態の平面図の様式的なブロック図である。図１に示される表示面の様式図である。動作中の様々な時間における走査装置の平面図を示す。動作中の様々な時間における走査装置の平面図を示す。画像を通常の状態から傾斜させた角度で表示面に投影するように配置したＬＰＤの側面図を示す。画像を通常の状態から傾斜させた角度で表示面に投影するように配置したＬＰＤの平面図を示す。タイル状の画像を生成するように配置した複数のＬＰＤの一実施形態を示す。図７Ａ〜７Ｂは、ＬＰＤが投影するピクセルの配列の別の実施形態を示す。図８Ａ〜８Ｂは、ＬＰＤが投影するピクセルの配列の別の実施形態を示す。図９Ａ〜９Ｂは、可変サイズの画像を生成するように構成したＬＰＤの別の実施形態を示す。多層状の表示面の一実施形態を示す。多層状の表示面の別の実施例を示す。図１２Ａ〜１２Ｂは、複雑な形状の表示面の別の実施形態を示す。回転可能な表示面の一実施形態を示す。背面照明の画像を風船の内面に投影するように構成したＬＰＤの一実施形態を示す。図１５Ａ〜１５Ｃは、膨張可能な表示面の別の実施形態を示す。図１６Ａ〜１６Ｂは、様々な形状の表示面の別の実施形態を示す。

Claims

レーザーによって画像を投影する表面の特性を決定するステップと、
決定した表示面の特性を使用して前記レーザーの１つ以上のアスペクトを制御しながらレーザー光を表示面に投影するステップと
を包含する、レーザーの制御方法。