JP2011138124A

JP2011138124A - ビデオ表示システム及び方法

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Publication number: JP2011138124A
Application number: JP2010283601A
Authority: JP
Inventors: Kevin M Ferguson; ケビン・エム・ファーガソン
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-07-14
Also published as: CN102307305A; EP2337359A1; US20110149167A1; KR20110070835A

Abstract

【課題】本発明は、１つ以上の同調可能レーザを用いて表示用の色を発生する。
【解決手段】結果としての表示は、１つ以上の静的レーザに関連するか、従来の静的色生成技術に関連した１つ以上の同調可能レーザを用いる。かかるシステムにおいて、入力ビデオ２１０から色を決定し、ルックアップ・テーブル２１２、２１４又は他の方法を用いて、入力色を用いる信号に変換して固定レーザ２３２及び同調可能レーザ２３４をドライブする。これら色生成要素を視覚用表示内に用いるスクリーン又は他のものに投影する。その結果の表示は、人間の目が知覚できる全て又はほぼ全ての色を生成できる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、表示用の色を発生する１つ以上の同調可能レーザを用いるビデオ表示システム及び方法に関する。

人間の目は、色に対して非常に敏感である。いくつかのスタジオでは、１千万以上の異なる色を識別でき、コンピュータ・モニタ、テレビジョン及び投影システムなどの色表示を行う現在の技術よりも性能が優れている。

フランス語の正式名称がCommission internationable de l' eclairageであるためＣＩＥと省略する国際照明委員会は、１９３１年に、人間の目が見える色の色度図を作成し、その縁では光の単一波長から作られた単色を表す。色度図は、図１に示すように、ＣＩＥ１９３１ｘｙ座標とも呼ばれる。図１の「蹄鉄」形状の上側縁は、隣接する完全飽和色を作成するのに用いる単色光の特定波長を示す。

シネマ及び映画制作スタジオは、多くの理由により映画館をデジタル投影に変える先端である。高品質画像に加え、特に各連続光景を有する比較的脆い映画フィルムと比較して、デジタル形式での映画を配給するコストは、映画館の間で運搬しなければならならず、かさばり重いフィルム缶よりも非常に安価である。

デジタル配給の標準を促進するために、いくつかの映画スタジオによりデジタル・シネマ・イニシアティブ（ＤＣＩ）を設立した。２００８年３月に、ＤＤＩは、制作から表示までにおける、全て特定のフォーマット及び規約にて、エンド・ツゥ・エンド・ビデオ・システムを特定する最新標準を発表した。ＤＣＩ規格１．２版が参照として含まれており、ここでは、ＤＣＩ規格として参照する。

種々の表示技術又は規格の色範囲は、表示技術又は規格用の作成可能又は定義済みの色を制限する。図２は、赤、緑及び青（ＲＧＢ）の表示原色の各々が頂点の三角形としてのＤＣＩ規格の範囲を示す。特に、ＤＣＩ規格範囲の隅での１９３１ＣＩＥのｘｙ座標は、赤、緑及び青が夫々（．６８０，．３２０）、（．２６５，．６９０）及び（．１５０，．０６０）である。ＤＣＩ規格の色範囲は、大きく、典型的なＣＲＴ装置（図示せず）の色範囲よりも一般的に広いが、人間の目が知覚できる多くの色を除外する。

レーザに基づく表示は、利用可能な最も広い色範囲ビデオ表示であり、レーザは、典型的には、特定波長の光を発生するので、飽和光を生み出す。例えば、図３を参照し、レーザを用い、特定表示用の色を発生するために、非常に広い色範囲を発生するが、ＲＧＢ頂点の各々では単色光である。しかし、この実施でさえ、特に図の縁で人間の目が知覚できる多くの色を除外し、この色がほとんど飽和している。

特開２００５−５３０３８３号公報

本発明は、従来技術のこれら及び他の制限を扱う。

従来技術の課題を経穴するため、本発明の概念は以下の通りである。
（１）ビデオ信号を受け入れる入力と；上記入力に結合され、上記ビデオ信号から所望色を決定するように構成された色発生器と；１つ以上の同調可能レーザと；上記色発生器及び上記１つ以上の同調可能レーザの間に結合され、上記１つ以上のレーザの少なくとも１つを複数の光発生波長の１つにドライブするように構成されたレーザ波長制御器とを具えるビデオ表示システム。
（２）上記色発生器は、上記ビデオ信号からの入力に基づいて出力を発生するように構成された色計算器を備える概念１の表示システム。
（３）上記色発生器は、１つ以上のルックアップ・テーブルを具える概念１の表示システム。
（４）上記１つ以上の同調レーザは；固定波長出力を有する赤レーザと；固定波長出力を有する青レーザと；可変波長出力を有する同調可能緑レーザとを具える概念１の表示システム。
（５）上記１つ以上の同調可能レーザは、変調されて約５０１ｎｍ及び５７４ｎｍの間の２つ以上の出力値を発生するように構成された同調可能緑レーザを具える概念１の表示システム。
（６）上記１つ以上の同調可能レーザは；固定波長出力を有する赤レーザと；可変波長出力を有する同調可能青レーザと；可変波長出力を有する同調可能緑レーザとを具える概念１の表示システム。
（７）上記１つ以上の同調可能レーザは；固定波長出力を有する赤レーザと；可変波長出力を有する広い同調可能な青緑レーザとを具える概念１の表示システム。
（８）上記青緑レーザは、約３８０ｎｍ及び５５７ｎｍの間で同調可能な概念７の表示システム。
（９）ビデオ信号を受け入れ；上記ビデオ信号から表示する所望色を発生し；１つ以上の同調可能レーザを同調して、上記所望色に相関する表示用の出力信号を発生する表示発生方法。
（１０）更に、上記所望色から波長制御を生じて、上記１つ以上の同調可能レーザを同調することが、上記１つ以上の同調可能レーザに上記波長制御を適用する概念９の表示発生方法。
（１１）更に、上記所望色に基づいて上記１つ以上の同調可能レーザ用信号をドライブする１つ以上のパワーを発生し、夫々１つ以上のパワー・ドライブ信号により上記１つ以上の同調可能レーザをドライブする概念９の表示発生方法。
（１２）１つ以上の同調可能レーザを同調することは、約５０１ｎｍ及び５７４ｎｍの間の出力を発生するように緑レーザをドライブする概念９の表示発生方法。
（１３）上記１つ以上の同調可能レーザは、飽和して、視覚可能な範囲の全ての色を発生するが、出力信号を発生するために１つ以上の同調可能レーザを同調することは、上記視覚可能な範囲の全ての色よりも小さく発生する概念９の表示発生方法。
（１４）上記１つ以上のレーザは、約５０１ｎｍ及び５７４ｎｍの間で同調可能に構成された緑レーザであるが、上記緑レーザは、約５０１ｎｍ及び５４７ｎｍの間でドライブされる概念１３の表示発生方法。
（１５）ビデオ出力表示をドラッグする方法であって；入力にてビデオ信号を受け入れ；上記ビデオ信号をコンポーネント色部分にデコードし；上記コンポジット色部分から色信号を発生し；上記色信号で１つ以上の同調可能レーザをドライブし；上記１つ以上の同調可能レーザからの出力を組合せて出力信号を発生し；上記出力信号を上記ビデオ出力表示に伝送する方法。
（１６）色信号を発生することは、上記コンポジット色部分に変換を適用することを具える概念１５のビデオ出力信号ドライブ方法。
（１７）上記色信号から１つ以上の波長制御信号を発生することを更に具える概念１５のビデオ出力表示ドライブ方法。
（１８）上記出力信号を上記ビデオ出力表示に伝送することは、ＤＬＰを駆動することを具える概念１５のビデオ出力表示ドライブ方法。

図１は、従来の既知の１９３１ＣＩＥｘｙ色度図のグラフである。図２は、図１の色度図にマッピングされた既知のＤＣＩ規格色範囲のグラフである。図３は、図１の色度図にマイクロプログラムされた表示範囲に基づく既知のレーザのグラフである。図４は、単一の同調可能レーザを有する本発明の実施例による表示の色範囲のグラフである。図５は、図４によるシステムの多数の重ね合わせた範囲を示すグラフである。図６は、本発明の実施例により図４を参照して説明する表示の完全な範囲のグラフである。図７は、本発明の実施例により２つの同調可能レーザを有する表示の色範囲のグラフである。図８は、本発明の実施例により単一の固定レーザ及び幅広い同調可能レーザを有する表示の色範囲のグラフである。図９は、本発明の実施例により１つ以上の同調可能レーザから所望色をどの様に生成するかを示すグラフである。図１０は、本発明の実施例により２つのレーザ・システムのブロック図である。

本発明の実施例は、同調可能レーザを用いて表示用の色を発生する。後述のように、結果としての表示は、１つ以上の静的レーザ又は従来の静的色生成技術と共に１つ以上の同調可能レーザを用いてもよい。次に、これら色生成要素を、スクリーン又は視覚用表示で用いるものに投影する。結果としての表示は、人間の目が識別できる全ての又はほぼ全ての可能な色を生成できる。

レーザからの赤、緑又は青の光の如き１つ以上の比較的純粋な光源の波長を変調することにより、本発明の実施例の色範囲制限を変更できる。種々の方法で、レーザを変調又は同調できる。特定レーザの電流又は電圧の如き動作パラメータを調整して、レーザ出力を変調できる。あるレーザ変調は、わずか数ナノメートルだけレーザ波長を変調でき、他は、１０又は１００ナノメートルの範囲にわたって同調できる。後者の形式のレーザは、「広い同調可能」レーザと呼ばれる。あるクラスの同調可能レーザは、その利得媒体としてのクマロン５４５テトラメチル色素を用いるレーザの如き色素レーザを含み、制御可能な回折格子により同調される。他のクラスの同調可能レーザは、複屈折フィルタを制御することにより同調できるＹｂ：ＹＡＧマイクロチップ・レーザの如き半導体レーザを含む。要するに、特定の性能条件を満たすほぼ任意の形式の同調可能な光源を本発明の実施例に使用できる。商業実施例の条件には、サイズ、取込みのコスト、動作のコスト、パワー出力、波長範囲、反復レートとしても知られている軽快さを含む。

コスト、色範囲（したがって色品質限界）及び複雑さの間の適切なトレード・オフは特定アプリケーションに依存するので、また、コストは、変動ターゲットなので、表示技術における色範囲を広げる所定の問題の解決として、多くの別の実施例が存在する。いくつかの解決法は、全体の可視色範囲を含むのに近づくが、他は、可視色範囲を完全に含む。

［例１：標準赤、純粋青、同調可能緑］
図４は、第１例表示の要素の色範囲１０１のグラフ１００である。これら要素は、固定赤レーザの如き標準赤を発生する表示要素と、任意の受容可能な要素であるが固定ポイント・レーザに類似の純粋青を発生する任意の受容可能な表示要素と、同調可能な緑レーザとを含む。この実施例における緑レーザは、約５０１ｍｎ及び５７４ｎｍの間で同調可能である。実際に、これら波長は、青みを帯びた緑（５０１ｎｍ）及び緑を帯びた黄（５７４ｎｍ）として人間の目により検知される。これら極値の間の波長を目が一般に飽和緑として見る。この実施例において、赤要素は、上記のＤＣＩ規格の正確な赤を発生できる。この完全な範囲１０１は、青頂点及び緑Ａで示す頂点の間で１９３１ＣＩＥ色度図の縁に配置されたほぼ完全な飽和色のいくつかの青、紫、マゼンダ及び赤を除いて、ほぼ全ての可視色を含む。可視スペクトルの極値での固定波長レーザが商用的に利用可能なとき、図４の青・赤ラインの下の色は、本発明の商標又は軍事用アプリケーションによりレンダリングされる。

緑Ａ及び緑Ｂで示された頂点の間で緑レーザの波長を変化させることにより、範囲１０１内の上側（緑）領域の全てがレンダリングされる。波長を迅速に変調するので、完全な範囲を得る。緑レーザは、米国特許第７０２７４７１号に記載の方法で変調してもよく、これは参照としてここに組み込むが、上述の他の同調可能な方法でもよい。空間及び時間を横切る知覚しきい値未満の任意の色偏差を維持するのに充分なほど変調が迅速でなければならない。

図５は、図４のグラフ１００と同じ範囲１１１を示すが、グラフ１１０がいくつかの重なった範囲要素を示すことが例外である。ここでは、緑レーザは、頂点緑Ａ及び緑Ｂの間の多数の特定波長に同調している。図６は、上述の実施例の完全な範囲１２１のグラフ１２０であり、重なった範囲要素の除いたグラフ１１０を示す。

再び図５を参照し、同調可能緑レーザに対して全ての波長設定が必然的に要求されるのではないことに留意されたい。例えば、おおよそ５０１ｎｍ及び５４７ｎｍの間である頂点位置緑Ａ及び緑Ｃの間で緑レーザが単に同調され、赤コーナー及び緑Ｃの間の色範囲のほぼ全てが依然表示される。すなわち、全てではないが、可変波長の多くを通じて緑レーザを変調することにより、色範囲の多くが依然表示される一方、その全ての波長を通じて緑レーザを変調するコスト、時間及び手間をセーブする。これは、オペレーション及び／又は開発のコストをセーブできる。

［例２；拡張赤、同調可能青、同調可能緑］
図６に現れる可視青範囲の失われた部分は、図７に示すように、図６の広帯域同調可能緑レーザに加えて、同調可能青レーザと組み合わされた低い波長の赤を用いることにより、その範囲内に含めることができる。

上述の例とは異なり、この例は、２つの同調可能レーザである上述の緑同調可能レーザと、グラフ１３０の範囲１３１内に示す如き青同調可能レーザとを含む。この実施例において、青レーザは、約３８０ｎｍ（青Ａ）及び４９５ｎｍ（青Ｂ）の間で同調可能である。上述の重なり範囲と非常に類似で、所定アプリケーションに対する速度対性能を最適にするのに望ましいように、赤、青Ａ及び青Ｂの間に多くの又はわずかな分離範囲ができる。わずかな範囲、即ち、青レーザの大きな同調細分により、最大の青範囲のいくつかの色が失われ、微細な細分が全て又はほぼ全ての青色を保持する。

［例３；拡張赤、広く同調可能な緑（又は青緑）］
単一の同調可能レーザの範囲を拡張し、例２の拡張赤を用いることにより、範囲１４１のグラフ１４０を示す図８に示す如く、可視スペクトルの全ての色をレンダリングする。この例の実施例は、人間の目に識別可能な全ての可視色を表示する。

この実施例において、固定赤レーザは、図示の如く、飽和赤色を発生する。この赤は、約３８０ｎｍのポイント青Ａ及び約５５７ｎｍの青Ｃの間で同調可能な非常に広い同調可能青レーザと組み合わされる。これは、代わりに、青緑レーザと呼んでもよいが、それは、飽和青及び飽和緑の色のほとんどで同調可能なためである。

［例４：拡張青、広く同調可能な緑（又は赤緑）
逆に言えば、固定として可視スペクトルの他のサイドを用いることにより、広く同調可能な赤緑レーザを用いて全ての可視色をレンダリングできる。すなわち、固定赤レーザ及び広く同調可能な青緑レーザを有する図８に示す実施例を考慮して、この例の実施例は、例えば、おおよそ７７０ｎｍ及び５０１ｎｍ（図示せず）の間である完全赤及び緑の間で移動する広く同調可能なレーザ及び固定青レーザを含むことができる。レーザ技術の発展により、種々の波長レンジの広く同調可能なレーザのコスト及び性能（パワー出力対安定性、純粋性など）は、この構成が上述のものよりも良いか悪いかを規定できる。

ビデオをレンダリングするのに上述の実施例をどのように用いるかを説明する例示の装置及び方法について、図９及び１０を参照して説明する。

標準ビデオ色コーディング方法は、ＹＣｂＣｒ（及び関連したＹＵＢ）、ＲＧＢ、拡張範囲技術により適したＤＣＩ規格に用いるＸＹＺを含む。これらの任意のものからＣＩＥ１９３１ＸＹＺ及びｘｙＹに変換する標準が既に存在する。これら標準は、レンダリングする特定のビデオに応じて変化する。ＸＹＺカラー・データのＤＣＩ標準は、ｘｙ平面を上述の図１〜８に示したｘｙＹ座標系に直接変換可能である。丁度計算された又は決定されたｘｙ座標から、同調可能レーザが発生する波長を生成できる。

上述の図８を用いて説明した単一の固定赤レーザ及び単一の広く同調可能な青緑レーザを用いる場合では、例としての座標ｘ＝０．３４及びｙ＝０．５を有しレンダリングする次の例の色を考察する。

図９に示す如く従来の標準である線形混合方法を用いて、ライン１６０は、例としての色１６２用の座標を介して赤ｘｙ座標を接続する。ライン１６０は、同調可能レーザが発生する波長に対応する座標にて色範囲蹄鉄曲線１５１と交差する。１丁度可知差異未満の増分に必要な分解能を用いて、ルックアップ・テーブルは、用いる全てのＸＹＺ値用に予め校正できる。ターゲット色及びルミナンス用のレーザ出力振幅は、標準方法で決まることに留意されたい。この標準方法は、先ず、レーザｘｙＹ座標をＸＹＺ座標に変換し、次に、Gamp及びRamp、緑及び赤レーザ振幅用の試験機器の以下の系の３つの内の２つを解く。これら式は、Y=Gamp*GY+Ramp*Ry、X=Gamp*GX+Ramp*RX及びZ=Gamp*GZ+Ramp*RZである。また、これら値は、対応するルックアップ・テーブルにより実時間系で予め計算し制御できる。

同様に、上述の全ての４つの例は、標準ビデオ入力を所望波長及び振幅に変換するこれ又は同様な方法を使用できる。例えば、固定赤及び青レーザと同調可能緑レーザとを用いることにより、入力色ｙが赤レーザｙより上ならば、入力色ｘ値を用いて、対応蹄鉄ｙを見つけることができ、これは、入力色から垂直ラインの交差で、又は、より狭い同調可能緑の場合、最も近く利用可能な波長へのラインの交差で得る。これは、蹄鉄ｘｙ座標、よって、適切な色発生に望ましい波長を与える。また、ルックアップ・テーブルを用いて、波長を計算する時間及びエネルギーを最小にする。この計算は、適切な波長を計算し、同調可能レーザを所望波長に変調するよりも多くの処理パワー又は時間を使う。

３つのレーザの１つ以上が同調可能な場合にどんな波長を用いるかを判断するためのこの一般的方法を追加的に最適化するには、変調速度の条件に関係する最適化を含む。機敏でない同調可能レーザにとって、レーザ波長変調及びレーザ輝度変調の組合せを多くの色に対して使用できる。例えば、丁度上述した固定赤及び青と同調可能緑レーザの場合、多数の緑レーザ波長が定義する多くの色範囲に対して、多くの色が共通である。ラスタ走査イメージをレンダリングする間、レンダリングした以前の色が緑波長ｗ０を用い、また、Gamp、Ramp及びBamp用の式の系が現在のターゲット色用のｗ０を用いて実現可能な解を有するならば、緑レーザが、変調された波長である必要ないが、たぶん、変調された波長は、一般的に実行が非常に容易である。よって、ビデオ色がプリセットどうか波長の範囲の外にならなければ、同調可能レーザは、変調を必要としない。さらに、先読み法を用いて、所定同調可能レーザの波長変調を予測するが、所定期間にわたりレンダリングが必要な全ての色を考慮し、全ての必要な色を受容する時間にわたる波長軌跡を計算する。よって、比較的遅い繰り返しレートの同調可能レーザは、実時間且つ高分解能で自然なビデオを適切にレンダリングできる。

図１０は、本発明の実施例を用いる例であるシステム２００のブロック図である。システム２００は、図８を参照して上述した固定赤レーザ及び広く同調可能な青緑レーザを含む。

システム２００は、ビデオ入力２１０を含み、１対のルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）２１２、２１４に供給される。第１ＬＵＴ２１２は、結果としてのビデオの赤要素の振幅を決定する一方、第２ＬＵＴ２１４は、他の要素の所望波長と共に振幅を決定する。赤レーザの如き赤発生器の波長は固定であるので、システム２００は、赤用の波長を計算する必要がないことを思い起こされたい。また、いくつかの実施例において、ＬＵＴ２１２、２１４のいずれか又は両方を除去してもよく、図９を参照して上述したシステムを用いて入力ビデオ２１０から値を計算できる。

ＬＵＴ２１２、２１４がそれらの適切な値を発生した後、レーザ波長制御器２２０は、適切な色発生のために所望波長に同調可能レーザ２３４を変調する。すなわち、波長制御器２２０は、色スリップ曲線にて、どこから飽和色信号を生成するかを決定する。

１対のレーザ・ドライブ２２２、２２４は、適切なパワー出力又は他の制御可能なパラメータを発生して、接続されたレーザ２３２、２３４をドライブして、適切な振幅信号を発生する。レーザ２３２、２３４の出力の組合せを組合せて、入力ビデオ２１０から決まる如き所望色を作る。所望出力色を生成すると、システム２００は、従来の光学装置２４０により、表示のピーク又は他の部分を発生する。例えば、レーザ２３２、２３４を組合せて発生した色は、ＤＬＰ（デジタル光プロセッサ）又は投影技術の他の形式を用いてスクリーンに投影する。

もちろん、固定赤レーザ及び同調可能青緑レーザを参照してシステム２００を説明している。上述の他の実施例は、分かれたＬＵＴと、レーザ・ドライブと、波長制御と、かかるシステムで用いる多くのレーザとのレーザ通信とを用いるシステムで実施できる。

図示の実施例を参照して本発明の原理を説明し図示したが、図示した実施例は、かかる原理から逸脱することなく配置及び細部にて変更してもよく、任意の所望方法で組合せてもよいことが認識できよう。また、上述は特定実施例に的を絞ったが、他の構成も考慮する。特に、「本発明の実施例によれば」などのごとき表現をここでは用いたが、これら言い回しは、一般的に実施可能性を参照することを意味し、本発明を特定実施例の構成に限定する趣旨ではない。ここで用いる如く、これら用語は、他の実施例に組合せ可能な同じ又は異なる実施例を参照してもよい。

よって、ここで説明した実施例への種々の置換への観点で、この詳細な説明及び関連データは、説明のみを意図し、本発明の範囲を限定するものではない。したがって、本発明は、以下の請求項及びその均等の範囲及び意図の範囲内で行える全てのかかる変更となる。

２１０入力ビデオ
２１２赤振幅用ルックアップ・テーブル
２１４同調可能レーザ波長及び振幅用ルックアップ・テーブル
２２０レーザ波長制御
２２２レンダリング・グレー・スケール用レーザ・ドライブ
２２４レンダリング・グレー・スケール用レーザ・ドライブ
２３２赤レーザ
２３４同調可能レーザ
２４０従来の光学装置

Claims

ビデオ信号を受け入れる入力と、
上記入力に結合され、上記ビデオ信号から所望色を決定するように構成された色発生器と、
１つ以上の同調可能レーザと、
上記色発生器及び上記１つ以上の同調可能レーザの間に結合され、上記１つ以上のレーザの少なくとも１つを複数の光発生波長の１つにドライブするように構成されたレーザ波長制御器とを具えるビデオ表示システム。
ビデオ出力表示をドラッグする方法であって、
入力にてビデオ信号を受け入れ、
上記ビデオ信号をコンポーネント色部分にデコードし、
上記コンポジット色部分から色信号を発生し、
上記色信号で１つ以上の同調可能レーザをドライブし、
上記１つ以上の同調可能レーザからの出力を組合せて出力信号を発生し、
上記出力信号を上記ビデオ出力表示に伝送する方法。