JP2012511344A - 視覚刺激のための高精度コントラスト比ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
Description
(優先権)
本出願は、本願明細書に援用する、2008年12月12日に出願した米国仮出願第61/122,228号の優先権を主張するものである。
本発明の一実施形態では、バックライト照明の強度および光弁デバイスのピクセル毎の光透過を同時に制御して、全表示輝度を制御するための方法および装置が実現される。
ピーク照明のインタリーブ制御
本発明の一態様によれば、バックライト照明および光弁デバイスのピクセル毎の光透過を別々に制御するための方法および装置が実現される。別々に制御される光弁表示フレームおよびバックライト表示フレームを組み合わせることで、全表示輝度をもたらす。一実施形態において、ディスプレイは、人間の目で見たときに組み合わされた画像がちらついて見えることのないように十分に速いレートでインタリーブされたフレームをリフレッシュする。場合によっては、このレートは、30〜50Hzと低いが、本発明のこの態様では、限定はしないが、60Hzより高いレートが好ましい。
この技術を拡張したものは、2つよりも多いフレームをインタリーブして、ちらつきを軽減するか、または濃淡または色を追加する。より多くの知覚される輝度レベルをもたらすために、N個のインタリーブされたフレームのそれぞれのフレームについてバックライトの強度およびピクセルの透明度を変更する。十分に大きなNについて、それぞれのピクセルにおいて実際の透過レベルが比較的少ない場合でも、事実上いかなるコントラスト比および知覚された輝度も、もたらされうる。このようにして、バックライト光弁ディスプレイ・デバイスは、表示すべき一連の照明レベルを決定し、次いでそれらをディスプレイを見ている人間の観察者が所望の輝度を知覚するようなレートで表示することによって知覚される輝度を表示する。フレーム・レートは、所望の輝度を知覚するために組み合わせる必要のあるフレームが2つだけである場合に10〜15fpsと低くてもよい。30fpsが好ましい。所望の知覚される輝度をもたらすためにより多くのフレームを組み合わせなければならない場合、より高いフレーム・レートが要求される。したがって、より高速な遷移、およびより複雑な制御を行えるようにすることによって、限られた透過レベルのピクセルからより多くの知覚された濃淡および色がもたらされうる。
LCDデバイスに対する遅い応答時間の補償
光弁デバイスが一方の状態から他方の状態に遷移するのに必要な時間は、明らかに有限時間である。遷移時間は、初期透過状態と最終透過状態とに依存するとしてよい。例えば、透過型LCDデバイスでは、黒から白への遷移は、一般的に、白から黒への遷移よりも長くかかる。完了までに長い時間を要する遷移状態に対する遷移時間を最小化すると有益である。図5(a)は、黒から白への遷移510と白から黒への遷移520を示している。図5(b)は、黒から白への同じ初期遷移530を示しているが、白に達する前に遷移を切り捨てている。遷移の最も高速な部分は、510の立ち上がり時間に明らかに見られるように、初期部分である。遷移の初期部分が完了した後、液晶コントローラへの状態コマンドを修正するか、または光源の光照射を変更するか、またはその両方によって、遷移を安定化する。いずれの方法も、より対称的な遷移530および540が可能なようにデバイスを安定化する。しかし、残念なことに、デバイスを通じて利用可能なピーク輝度は、低くなる。
独立した背景光源と刺激光源
この実施形態では、追加の光源(背景光源と称される)がシステムに加えられる。背景光源からの光は、バックライト光源からの光と組み合わされる。背景光源はベースとなる照明となり、バックライト光源は、刺激を生成するために使用される。一般に、背景光源からの光とバックライト光源からの光との組み合わせによって、背景画像と刺激画像の両方が形成される。2光源による解決方法によって、背景と刺激に対し別々の数のレベル(濃淡または色)を持つシステムが構成される。図3aは、2光源による解決方法の一実装を例示している。ここで、光源320は、光弁330、この場合には、液晶ディスプレイ用のバックライトとなる。LCDディスプレイ330からの光は、ビーム・スプリッタ340を使用して光源310からの光と組み合わされる。背景光源310は、光源320と物理的に類似するパーツであってもよく、LCDの「後ろに」(またはLCDによって修正されていることすら)ないが、バックライトとも称されうる。大半の構成において、刺激および背景の強度は、両方の光源によって設定され、刺激の形状およびサイズは、LCDデバイスおよびバックライト光源によって設定される。したがって、背景および刺激の強度は、独立制御することができ、視野検査用の装置は、もはや、LCDデバイスによって利用可能な低コントラスト比および少ないグレーレベルの制限を受けない。
組み合わせ解決法
上述の方法を組み合わせることによって、追加レベル状態をもたらすことができる。例えば、光弁デバイスの伝達関数がバックライトの強度に関して非線形である場合、2つのバックライト光源をレベル・シフト機能と組み合わせることで、レベルの数を増やす。
視野検査デバイスへの同時制御の適用(レベル・シフト)
本発明の他の態様によれば、ベースのバックライト照明の強度を、さらには光弁デバイスのピクセル毎の光透過を制御して、表示輝度を制御するための方法および装置が実現される。
他の光弁デバイス
説明を簡単にするため、本明細書では、この時点まで、もっぱら、LCDデバイスを参照しつつその実施形態について説明してきた。しかし、前の方で説明したように、本明細書で説明されている発明は、他の光弁デバイスにも適用される。図8aは、単一のバックライト光源を持つDLPデバイスを例示している。バックライト820は、DLPデバイス810の表面鏡を照らす。コントローラ830によって、DLPの鏡は光を視界窓840に向けて、または視界窓840から離れる方向に反射する。DLPデバイスの固定された一組のデジタル・レベルに対し、バックライト820の強度を変化させることによって新しいレベルが得られる。図8bは、別の背景光源850の追加を例示している。背景光源は、DLPとは独立しており、背景光レベル全体を一定の量だけ高くする。
発光源に特有の代替え
図3a〜3dのLCDおよびバックライトBLU1は、LEDもしくはOLEDもしくは他の発光源を使用する発光型ディスプレイで置き換えることができる。所望の範囲をカバーする十分な輝度を持つ発光源であれば用が足りる。濃い黒色は光の遮断によって形成され、市販のLCDでは達成不可能であるため、OLEDによって達成可能な濃い黒色のレベルは、OLEDがLCDに勝る利点の1つである。
低コントラスト視標の表示のための差動電圧駆動
視野検査に正弦波格子などの刺激に対するコントラスト値の広い範囲が必要な場合、これは、「差動型」ディスプレイ制御を使用して十分正確に制御することができる。図7は、LCDパネルの伝達関数の近似を示している。低コントラスト刺激では、刺激ピクセルに対するディスプレイの明るさは、背景ピクセルに対するディスプレイの明るさに比較的近いことが重要である。差動型表示制御では、それぞれのピクセルに対する制御信号は、背景信号と双方向刺激信号との総和に基づく。刺激信号は非線形伝達関数を与えられ、ゼロ信号の近くでは小さな量子化ステップを、より大きな信号ではより大きなステップをもたらす。さまざまな複雑度の多数の非線形伝達関数を設計することができる。このような伝達関数の可能な1つの実装は、三次関数であり、これは、非線形であること、低い値では小さな量子化ステップを有すること、および入力関数の符号を保存することを理由として選択されている。次いで、量子化ステップは、必要に応じて、背景レベルの近くに最も密に充填される。あるいは、FDTのような既存の視野検査機器の工程を直接シミュレートするように伝達関数を選択することができる。
米国特許公報
米国特許出願公開第20080204481号、モスチンスキ(Mostinski)、バックライト・ディスプレイを制御するためのデバイスおよび方法
米国特許出願公開第20080150881号、チェンら(Chen、et al.)、フラット・パネル・ディスプレイおよびその駆動方法
米国特許公開第20060125775号、イトウ(Itoh)、画像表示デバイスおよび画像表示方法
米国特許文書
ディスプレイ
米国特許第6,388,388号、ワインドルフら(Weindorf、et al.)、明るさ制御システムおよびバックライト効率を使用するバックライト・ディスプレイ・デバイスのための方法
米国特許第7,053,881号、イトウ(Itoh)、画像表示デバイスおよび画像表示方法
米国特許第7,113,163号、ニッタら(Nitta、et al.)、液晶ディスプレイ装置
米国特許第7,172,297号、ホワイトヘッドら(Whitehead、et al.)、高ダイナミック・レンジのディスプレイ・デバイス(このようなものはさらにある)
米国特許第7,193,637号、クドウら(Kudo、et al.)、ディスプレイ装置および表示のための駆動デバイス
米国特許第7,220,006号、アレンら(Allen、et al.)、デジタル式光弁イメージ・プロジェクタの実効コントラスト比および明るさ効率を高めるための方法および装置
米国特許第7,265,743号、フナモトら(Funamoto、et al.)、画像ディスプレイ装置および画像表示方法
米国特許第7,333,081号、アオキら(Aoki、et al.)、画像ディスプレイ装置、ディスプレイ・ユニット・ドライバ、およびそのための画像表示方法
米国特許第7,352,352号、オーら(Oh、et al.)、液晶ディスプレイ・デバイスおよびその制御方法
米国特許第7,359,008号、オドネルら(O’Donnell、et al.)、超小型表示のためのダイナミック・レンジおよびコントラストの増強
HDR技術
米国特許第6,891,672号、高ダイナミック・レンジのディスプレイ・デバイス
視野検査
米国特許第5,323,194号、非球面ボウルによる視野計
米国特許第6,705,726号、目の検査のための機器および方法
米国特許第7,101,044号、3Dにおける視野欠損の自動化された客観的特徴付け
他の刊行物
ライトゲプ、アール エーら(Leitgeb, R. A., et al.)(2003年)、フーリエ領域対時間領域の光干渉断層計の性能比較、Optics Express 11(8): 889〜894頁。
Claims (43)
- 複数のピクセル要素を備えるディスプレイ・デバイスを使用して患者の視力を検査するために画像表示する方法であって、該要素はガンマ曲線に従って該要素に供給される駆動信号のレベルに応答して変化する明るさのレベルを生成し、該ガンマ曲線は、調整することができ、前記方法は、
表示する画像の明るさのレベルを決定する工程と、
視力検査の間に、該ガンマ曲線を調整し、該要素に供給される駆動信号のレベルを選択して、所望の明るさの画像を生成する工程と
を含む方法。 - 前記ピクセル要素は、光透過要素である、請求項1に記載の方法。
- 前記ピクセル要素は、バックライト光弁によって画成されている、請求項1に記載の方法。
- 前記ピクセル要素は、反射型光弁によって画成されている、請求項1に記載の方法。
- 前記ピクセル要素は、発光素子である、請求項1に記載の方法。
- 前記画像を生成する間に、少なくとも1つのピクセルに対するガンマ曲線は、他のピクセルのガンマ曲線と異なるように調整されている、請求項5に記載の方法。
- 患者の視力を検査するために画像表示する装置であって、
複数のピクセル要素を含むディスプレイであって、該要素はガンマ曲線に従って該要素に供給される駆動信号のレベルに応答して変化する明るさのレベルを生成し、ガンマ曲線は調整することができる、前記ディスプレイと、
表示する画像の明るさのレベルを決定し、視力検査の間に、該ガンマ曲線を調整し、該要素に供給される駆動信号のレベルを選択して、所望の明るさの画像を生成するコントローラと
を備える装置。 - 前記ピクセル要素は、光透過要素である、請求項7に記載の装置。
- 前記ピクセル要素は、バックライト光弁によって画成されている、請求項7に記載の装置。
- 前記ピクセル要素は、反射型光弁によって画成されている、請求項7に記載の装置。
- 前記ピクセル要素は、発光素子である、請求項7に記載の装置。
- 前記画像を生成する間に、少なくとも1つのピクセルに対するガンマ曲線は、他のピクセルと異なるように調整されている、請求項11に記載の装置。
- 患者の視力を検査するために画像表示する装置であって、
透過性開口部を有するハウジングと、
該ハウジング内に配置され、複数のピクセル要素を含む、画像を生成するデジタル・ディスプレイと、
該ハウジング内に配置され、パターンを生成する光源であって、該ディスプレイおよび光源は背景画像および該パターンが該開口部を通して見えるように配置される、前記光源と、
該デジタル・ディスプレイによって生成される該画像に対して、該光源によって生成される該パターンの位置を移動する手段と
を備える装置。 - 前記光源によって生成される前記パターンは、視標である、請求項13に記載の装置。
- 前記視標の位置を移動する手段は、前記光源を移動するメカニカル・マウントを含む、請求項14に記載の装置。
- 前記視標の位置を移動する手段は、前記画像に対して前記視標の位置の方向を変更する1つまたは複数の移動可能な鏡を含む、請求項14に記載の装置。
- 前記光源は、発光素子のアレイを含み、前記視標の位置を移動する手段は、前記画像に対して前記視標の位置を移動するために該素子のうちの1つを選択的に照らすことを含む、請求項14に記載の装置。
- 前記光源は、患者の目の瞳に対して光学的に共役な位置に配置されている、請求項13に記載の装置。
- 前記光源は、一様な色を有する光を生成する、請求項13に記載の装置。
- 患者の視力を検査するために画像表示するための装置であって、
透過性開口部を有するハウジングと、
該ハウジング内に配置され、複数の発光ダイオードを含む、画像を生成するデジタル・ディスプレイと、
該ハウジング内に配置され、視標を生成する光源と、
該ディスプレイによって生成される画像と該光源によって生成される視標とを組み合わせて該開口部を通して同時に見えるように配置されるビーム・スプリッタと、
該デジタル・ディスプレイによって生成される画像に対して、該光源によって生成される該視標の位置を移動する手段と
を備える装置。 - 前記視標の位置を移動する手段は、前記光源を移動するメカニカル・マウントを含む、請求項20に記載の装置。
- 前記視標の位置を移動する手段は、前記画像に対して前記視標の位置の方向を変更する1つまたは複数の移動可能な鏡を含む、請求項20に記載の装置。
- 前記光源は、発光素子のアレイを含み、前記視標の位置を移動する手段は、前記画像に対して前記視標の位置を移動するために該素子のうちの1つを選択的に照らすことを含む、請求項20に記載の装置。
- 前記光源は、患者の目の瞳に対して光学的に共役な位置に配置されている、請求項20に記載の装置。
- 前記光源は、一様な色を有する光を生成する、請求項24に記載の装置。
- 患者の視力を検査するために画像表示するための装置であって、
透過性開口部を有するハウジングと、
該ハウジング内に配置され、複数のピクセル要素を含む、画像を生成するデジタル・ディスプレイと、
該デジタル・ディスプレイから隔てられ、該ハウジング内に配置され、照明を生成する光源と、
該開口部を通して同時に見えるように該ディスプレイによって生成される画像と該光源の照明とを組み合わせる手段と
を備える装置。 - 前記光源は、視標を形成する、請求項26に記載の装置。
- 前記視標は、前記画像に対して移動されている、請求項27に記載の装置。
- 前記デジタル・ディスプレイによって生成される前記画像は、異なるレベルの明るさを持つ単色の画像である、請求項26に記載の装置。
- 前記ディスプレイによって生成される画像と前記光源の照明とを組み合わせる手段は、ビーム・スプリッタである、請求項26に記載の装置。
- 患者の視力を検査するために画像表示する装置であって、
複数のピクセル要素を含むディスプレイであって、該要素はガンマ曲線に従って該要素に供給される駆動信号のレベルに応答して変化する明るさのレベルを生成し、ガンマ曲線は調整することができる、前記ディスプレイと、
表示する該画像の明るさのレベルを決定し、該要素に供給される駆動信号を修正し、該ガンマ曲線をピクセル毎に修正して、所望の画像を生成するコントローラと
を備える装置。 - 前記ピクセル要素は、発光素子である、請求項31に記載の装置。
- 任意の時点において光弁デバイスで利用可能な照明レベルの数より多い総数の照明レベルを時間の経過とともに表示するディスプレイ・デバイスを使用して患者の視力を検査するために画像を表示する方法であって、
表示する2つの照明レベルを決定すること、
バックライトの強度および2つの光弁レベルを決定することであって、該2つの光弁レベルは、該バックライトが該2つの光弁レベルによって変調されるときに、2つの照明レベルを近似する、前記決定すること、
該バックライトの強度を決定された強度に設定すること、
該2つの照明レベルを含むディスプレイを照明すること
を含む方法。 - 第1の2つの照明レベルと異なる第3の照明レベルが決定され、表示されている、請求項33に記載の方法。
- 患者の視力検査の間にバックライト光弁ディスプレイ・デバイスを制御する方法であって、
知覚される照明レベルを決定すること、
背景光の照明強度を決定することであって、背景照明は光弁デバイスによって修正されていない、前記背景光の照明強度を決定すること、
光弁バックライトの照明強度を決定することであって、バックライト照明は光弁デバイスによって修正されている、前記光弁バックライトの照明強度を決定すること、
一連のフレームを形成することであって、各フレームは、背景フレームの強度における該背景光、及びバックライト・フレームの強度における光弁バックライトからの光からなる、前記形成すること、
人が見たときに、決定された照明レベルであると知覚されるレートで該一連のフレームを表示すること
を含む方法。 - 患者の視力を検査するために画像表示する装置であって、
表示ピクセルの照明に寄与する第1のバックライト照明デバイスと、
該表示ピクセルにおいて該第1のバックライト照明の透過を修正する光弁デバイスと、
該表示ピクセルの照明に寄与する第2のバックライト照明デバイスであって、第2の照明寄与は該光弁デバイスとは独立している、前記第2のバックライト照明デバイスと
を備える装置。 - 前記第1および第2のバックライト照明デバイスを別々に制御する1つまたは複数のコントローラをさらに備える、請求項36に記載のディスプレイ装置。
- 画像表示要求を1つまたは複数のバックライト・コントローラへの命令に変換するCPUをさらに備える、請求項36に記載のディスプレイ装置。
- 前記第2のバックライトは、前記患者の目の瞳に対して光学的に共役な位置に配置されている、請求項36に記載のディスプレイ装置。
- ディスプレイであって、
中を通る光の透過を制御するピクセルのアレイを含む液晶素子と、
該液晶素子の背後に配置され、該ピクセルを照らすように方向付けられ、表示を形成する、該ピクセルを透過する光を有する光源と、
該液晶素子及び該光源の両方を操作するコントローラであって、表示する情報を受信し、第1のフレームの間に画像情報を該ピクセルに供給し、第2のフレームの間に一様な透過情報をすべての該ピクセルに供給し、フレームが人の目に共通画像として知覚されるようなレートでフレームをインタリーブする前記コントローラと
を備えるディスプレイ。 - 前記光源の明るさは、2つのフレームの各々について独立して調整可能である、請求項40に記載のディスプレイ。
- フレーム・レートは、10fpsより速い、請求項40に記載のディスプレイ。
- フレーム・レートは、30fpsより速い、請求項40に記載のディスプレイ。
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