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

Abstract

本発明の実施形態は、視野検査に使用されるディスプレイのコントラスト比およびグレースケール・レベルの範囲および精度を改善するために光弁デバイスを制御するための方法を含む。一実施形態では、２つまたはそれ以上の照明デバイスを使用して、固定された背景照明レベルにわたって正確な照明強度でディスプレイ・デバイスに広い範囲のコントラスト刺激を表示させることができる。他の実施形態では、表示素子のガンマ曲線を調整することで、ディスプレイの明るさをより大きく変化させることができる。

Description

本発明の１つまたは複数の実施形態は、視野検査を実行するための方法および装置に一般的に関係する。特に、１つまたは複数の実施形態において、視野検査で使用することを目的として表示される画像を制御するための方法および装置が開示される。さらに、本発明の１つまたは複数の実施形態では、コントラスト比の範囲および正確さ、および視野検査に必要なグレースケール・レベルを規定する。１つまたは複数の実施形態において、視野検査を実行することを目的としてディスプレイ・デバイスおよび／またはバックライト・ユニットを制御するための方法および装置が開示される。
（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。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）・デバイスは、典型的な光弁装置である。これらのデバイスは、光の透過を変えることによって画像を表示する。これらは、それ自体が発光するわけではなく（例えば、液晶パネル）、むしろ、バックライト光源から放射された光の一部分を遮断するものである。この解決策として、光弁ディスプレイ・デバイスは、一般的に、ディスプレイ画面の視覚的な明るさを増大するために内蔵される受動的光変調部分の後側から光を放射する光源（例えば、バックライト）を備える。それに加えて、光源の明るさは、一般的なコントラスト調整に加える形で調整され、これにより、表示される画像の視認性を改善することができる。

テキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社のＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（商標）技術では、ＬＣＤ技術で行っているようには光を遮断しないが、ＤＬＰ技術は、多数のマイクロミラーを使用して、一定時間の間、光を反射するか、または光を反射しない。結果は、一定の割合の光を透過させ、残りの光を遮断するのと多くの点で類似している。ＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）は、光を反射するという点でＤＬＰ技術に似ている。ＬＣｏＳは、デバイスの反射光の量を制御するために鏡ではなく液晶技術を使用するという点でＤＬＰと異なる。本明細書で開示されている発明は、さまざまなバックライト・ディスプレイ・デバイスに応用されるが、本明細書の説明は、わかりやすく、また簡潔にするために、もっぱら、ＬＣＤデバイスの説明に限定することにする。

近年、消費者製品では、データ、チャート、グラフ、および画像などの情報を表示する、さまざまな産業用途においてＬＣＤディスプレイ・デバイスが使用されている。これらのディスプレイは、視野試験を含む医療撮像デバイスでの利用に関して人気が次第に高まってきている（例えば、特許文献１参照）。ＬＣＤディスプレイは、軽量、コンパクト、多色表示、高解像度という特徴を持つ。

バックライト・デバイスについて、バックライトの輝度は、バックライト・ディスプレイ・デバイスが所望の明るさを生じるように工場調整される。バックライトの輝度は、後から、バックライト駆動電流もしくは電圧を変えることによって制御されうる。通常、バックライトの輝度は、デバイスの温度および環境照明、さらにはユーザー選好によって変わる。ユーザー選好の変更については、典型的には、直にまたは離れた場所からスイッチ、ボタン、もしくはキーパッドを使用して手動で明るさを調整することにより、明るさが制御される。場合によっては、バックライト・ディスプレイの輝度は、環境条件を考慮するように、光センサーもしくは他の環境感知デバイスに基づいて、自動的に制御される。デバイスの効率はデバイスの温度に直接結び付いている可能性があるため、いくつかのデバイスメーカーによって使用されるそのような１つの環境センサーで温度を測定する。

受動的光弁デバイスは、光線透過率を調整することによって背景放射光の透過を制御し、それにより、利用可能な全コントラストを制限する。透過率を調整するためのふつうのコントローラは、一般的に６ビット（６４レベル）または８ビット（２５６レベル）である。主に費用便益の制約から８ビットを超えるコントローラは希であるが、６４レベルを下回るコントローラでは、一般的に、十分なレベルが得られず、場合によるが、２色、つまり白黒で十分であれば２ビットのコントローラが使用される。ガンマ曲線は隣接するレベルの間の間隔を変化させうるが、これらのデバイスが対応できる最大のコントラストは、最高の透過率レベルと最低の透過率レベルとによって設定される。限られたレベルしか利用可能でなければ、同時に表示されるレベルの数がディスプレイによって制御可能なレベルの数より少ないとしても、定義済みの１つまたは複数の強度レベルの特定の強度と一致することは不可能な場合がある。

業界では、光弁ディスプレイ・デバイスを改良する努力を続けている。本明細書の実施形態により、限定はしないが、ＬＣＤ、ＬＣｏＳ、およびＤＬＰデバイスを含む、バックライト・ディスプレイ・デバイスは、視野試験において使用される場合など、特定の状況の下で、ディスプレイ・デバイスから利用可能なレベルの数を増やすことができる。

米国特許第６，７０５，７２６号明細書

本発明は、請求項によって定められ、このセクションのいかなることも、それらの請求項に対する制限と解釈されるべきでない。有利には、本発明の実施形態は、当技術分野における上述の問題を解消し、光弁デバイスだけを調整する場合に利用可能なステップ数に比べて多い絶対コントラスト・レベル・ステップ（コントラスト比）を実現する。

本発明によれば、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、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。
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。

本発明の第２の実施形態において、背景照明および視覚刺激は、それぞれ、ディスプレイ・デバイスの偶数フレームと奇数フレームとに時間的に分離される。ディスプレイ・デバイスは、人間の目が画像を統合できる十分なレートで表示フレームをインタリーブする。それぞれのフレームに対する強度は、バックライトによって制御される。

本発明の第３の実施形態において、背景照明および視覚刺激は、ディスプレイ・デバイスの偶数フレームと奇数フレームとに時間的に分離され、それぞれのフレームに対する照明は、バックライト照明の強度と光弁のピクセル毎の光透過とを同時に制御することによって形成される。

本発明の第４の実施形態において、背景照明および視覚刺激は、別々に供給される。この刺激は、バックライト・ユニットを組み合わせた光弁デバイスによって供給され、背景照明は、ビーム・スプリッタを通して、または別の背景光ユニットからの他の手段によって光路内に入射される。

光弁スイッチングによるフレーム・インタリーブの略図である。 可変バックライト・デバイスと組み合わせた光弁デバイスの略図である。 可変ＬＣＤ刺激バックライト、背景照明を独立制御する第２の光源（背景光源）、およびこれら２つの光源を組み合わせるためのビーム・スプリッタと組み合わせたＬＣＤの略図である。 可変ＬＣＤ刺激バックライト、背景照明を独立制御する第２および／または第３の背景光源、およびこれら２つの光源を組み合わせるためのビーム・スプリッタまたは散光器と組み合わせたＬＣＤの略図である。 可変ＬＣＤ刺激バックライトおよび背景照明を独立制御する透明な第２の光源（背景光源）と組み合わせたＬＣＤの略図である。 可変ＬＣＤ刺激バックライトおよびレンズ内に、またはレンズに隣接して埋め込まれ、背景照明を独立制御する透明な第２の光源（背景光源）と組み合わせたＬＣＤの略図である。 周波数倍増刺激およびこれが適用されうる領域グリッドを例示する図である。 ＬＣＤデバイスの黒から白へ、白から黒への遷移時間のプロットである。 ＬＣＤデバイスの黒から白へ、白から黒への遷移時間のプロットである。 ＬＣＤデバイスのレベル・ステップのプロットである。 ＬＣＤデバイスの固有のガンマ曲線を例示する図である。 ＤＬＰデバイスおよび別々に制御可能な照明光の略図である。 ＤＬＰデバイスおよび別々に制御可能な照明光および第２の独立制御背景光源の略図である。 ＬＣｏＳデバイスおよび別々に制御可能な照明光の略図である。 移動可能なＳＡＰ刺激源と組み合わせたＯＬＥＤディスプレイの略図である。 ＯＬＥＤデバイスの黒から白へ、白から黒への遷移時間のプロットである。 （ａ）中点を中心として対称的であり、その中点の近くに明るさピクセルが集中している、デジタル駆動信号からディスプレイの明るさへの伝達関数のプロット、（ｂ）中点を中心として対称的であり、範囲が制限されている、デジタル駆動信号からディスプレイの明るさへの伝達関数のプロット、（ｃ）中点を中心として対称的であり、その中点の近くに明るさピクセルが集中している、デジタル駆動信号からディスプレイの明るさへの伝達関数のプロット、（ｄ）傾き１を持つ線形伝達関数のプロット、（ｅ）傾き０．５を持つ線形伝達関数のプロット、及び（ｆ）傾き０．２５を持つ線形伝達関数のプロットである。

これらの実施形態、例、および説明は、本発明およびその実用的応用の原理を例示するために選択され、説明されているのであって、本発明の定義として選択され、説明されているのではないことは理解されるであろう。本発明の修正形態および変更形態は、当業者にとって明白であろう。本発明の範囲は、請求項によって定義され、これは知られている等価物および本出願の出願時点において予測し得ない等価物を含む。

本発明の以前には、従来の光弁ディスプレイ技術を使用して満足のゆく輝度レベル、ダイナミック・レンジ、およびグレースケール精度を持つ視野検査用ディスプレイのための視覚刺激をもたらすことは可能でなかった。視野検査用のディスプレイ・システムは、視覚刺激に対して、非常に高い精度を必要とし、また絶対輝度レベルおよびコントラスト比を制御する必要がある。特に、非常に広い範囲にわたる強度をカバーする刺激を表示しながら背景照明を維持することが非常に重要であるものとしてよい。以下の説明では、主に、ＬＣＤディスプレイについて説明し、バックライト（またはバックライト・ディスプレイ）という用語を使用して、光弁デバイスが制御しつつ変化させる光を指し、そのような光は、ＬＣＤデバイスの場合のように、光弁の背後にあり、光弁を通過するか、またはそのような光は、ＤＬＰもしくはＬＣｏＳデバイスの場合のように、光弁の前にあり、光弁から反射する。

視野刺激は、被験者の視野内に提示される視標（ｔａｒｇｅｔ）である。刺激は、公称的には、一定時間の間特定の位置に提示される事前定義済みの形状、サイズ、および強度を持つ視標である。刺激は、一般的には、固定された背景に対して提示される。背景は、刺激の位置を除く被験者の視野内のあらゆる場所にある。より複雑な刺激は、視標上でコントラストを変える可能性があり、視標刺激は、時間の経過とともに変化しうる。

視野分析における黄金律の販売は、しばらくの間、Ｈｕｍｐｈｒｅｙ（登録商標）Ｆｉｅｌｄ Ａｎａｌｙｚｅｒ（ＨＦＡ）という商標で本発明の譲受人によってなされていた。ＨＦＡでは、光刺激を非球面形状ボウルに投影する（米国特許第５，３２３，１９４号を参照）。本発明の目標の１つは、同等のＨＦＡ検査で知覚されるのと事実上同じ絶対輝度で視標刺激を、利用可能な視野の範囲内で表示することができるバックライト・ディスプレイを開発することである。本発明の目標の１つは、同等のＦＤＴまたはＭａｔｒｉｘ検査で知覚されるのと事実上同じ絶対輝度およびコントラストを持つ、Ｈｕｍｐｈｒｅｙ ＦＤＴ（登録商標）視野計およびＨｕｍｐｈｒｅｙ Ｍａｔｒｉｘ（登録商標）視野計という商標で本発明の譲受人が販売しているシステムによって表示されるような、周波数倍増錯視視標刺激を、利用可能な視野の範囲内で表示することができるバックライト・ディスプレイを開発することである。身長、体重、およびユーザーの選好の理由から、好ましいバックライト・ディスプレイは、フラット・パネル・ディスプレイである。

ＨＦＡ検査画像は、直観的にきわめて単純なものである。ＨＦＡは、さまざまなサイズおよび強度の刺激視標を固定された、一様な強度の背景上に提示する。例えば、１つのＨＦＡ刺激は、２００ｍｓの一定時間の間、３１．５アポスチルブの明るさを持つ背景に対して提示される直径０．４３度の白色の円である。刺激の明るさは、５１個の正確に定義されている強度のうちの１つであり。固定位置に相対的なある位置に提示される。公称的には、固定位置は、被験者が注視する固視標に相対的に定義される。

小型のフラット・ディスプレイでは、ＨＦＡボウルによって有効になる外周領域が得られる望みはない。しかし、フラット・パネル・ディスプレイは、レンズ系と組み合わせて、１６．５または２１．３センチメートル（６．５または８．４インチ）のデバイスなど、小型のフラット・パネル・デバイスを使用することによって被験者の視野内の幅広い角度を事実上カバーすることができる。ディスプレイとレンズとからなるデバイスは、ＨＦＡによってカバーされる診断に関連する領域のすべてをカバーすることができる。さらに、そのようなフラット・スクリーン上にさまざまなＨＦＡ視標を形成するために必要なピクセルの数は、小さなドット・ピッチおよび高い解像度、つまり１０２４×７６８以上の解像度の画面において利用可能である。ディスプレイが小さいほど、レンズ系の複雑度は増すが、ディスプレイが大きいほど、一般的に小さいことはよいことである場合にデバイスの全体的なサイズは増大する。それに関係なく、高解像度のフラット・パネル・ディスプレイとレンズ系とを併用することで、診断に関連する配置（中心の６０度の視錐など）内のＨＦＡ刺激視標サイズ、位置、および持続時間をエミュレートすることができる。

実際、ディスプレイとレンズとの配置構成により、ＨＦＡに発生する問題が解決される。ディスプレイを遠視野内に置くようにレンズ系を構成することによって、われわれは、被験者の目の水晶体の遠近調節を行わなくても被験者が無限大に焦点を合わせられるようにできる。これにより、自然な水晶体遠近調節が失われた高齢被験者がときには経験する問題を解決する。このような場合に、被験者は、ＨＦＡを使用して被験者の視力を検査するために被験者の視力に適合するレンズを挿入する挿入する必要がある。このディスプレイと固定レンズとからなるデバイスでは、オペレータが、被験者の水晶体遠近調節を行うように機器を構成する必要がなくなり。試験設定時間が短縮される。

ＨＦＡ刺激が１ｄＢの正確に測定された網膜感受性ステップでダイナミック・レンジの５１ｄＢをカバーするという問題が残っている。典型的な光弁デバイスは、これらのレベルを既定の表示レベルの工場修正を行うことなく６４または２５６の利用可能なレベルに一致させることができない。したがって、ＬＣＤスクリーンなどの光弁デバイスが、固定された背景レベルを維持しながらＨＦＡに利用可能な刺激視標強度のすべてを一致させることは問題となる。しかし幸いなことに、限られた数のレベルしか必要でない。公称的に、ＨＦＡ検査の任意の事例について、背景レベルと刺激レベルの２つのレベルがあるだけでよい。しかし、デジタル・ディスプレイを使用するＨＦＡ刺激のいくつかの実装では、刺激に複数のレベルを使用し、背景とともにエッジに近いところほど刺激強度が弱くなるようにしている。この問題は、本明細書では、レベル・シフト、フレーム・インタリーブ、または複数のバックライトを使って解決されるが、これらすべてについて以下で説明する。

市販の光弁ディスプレイ・デバイスにおける表示レベルの数も、ＦＤＴまたはＭａｔｒｉｘの場合と同様に、周波数倍増錯視を表示する上で問題となる。概念的には、周波数倍増錯視は、わずかに２つのレベル、コントラストの両極端においては、黒と白で実現することが可能である。公称的には、周波数倍増錯視は、これらの間に、背景レベルと同じ第３の中間レベルを必要とする。しかし、典型的には、周波数倍増刺激を提示するためにかなり複雑な視標が使用される。図４は、周波数倍増錯視をテストするために使用されるより複雑な刺激を示している。図４において、画像４３０は、錯視刺激の１つの視標である。画像４３０は、複数の照明レベルを使用して複数のバンドにわたって明から暗へと変化する。画像４４０は、画像４３０の反転映像である。試験領域は、４１０などの多数のセルに分割される。被験者の視力をある位置で検査する場合、グリッドの適切なセルを選択し、視標４２０をそのセルの中に表示する。セル内の２つの画像を４３０から４４０へ特定の周波数でトグル式に切り替えることによって錯視を形成する。ＦＤＴおよびＭａｔｒｉｘの黄金律周波数倍増錯視刺激では、ＣＲＴ実装を４０９６個の利用可能な強度レベルとともに使用して、これらのコントラスト変化視標を表示し、この視標では多数のレベルを使用する。レベル・シフトおよびフレーム・インタリーブでは、周波数倍増錯視を使用して視野検査に生じるアーチファクトを低減することができるが、複数のバックライトを使用することで、アーチファクトを減らしつつＨＦＡおよびＭａｔｒｉｘ刺激に診断的には同等である刺激を生成することができる。

市販の光変調ディスプレイ・デバイスは、一般的に、バックライトを本質的に一定の強度に保つ。発光バックライトの強度は、光弁ディスプレイ・デバイスの選択された透過率による変調を受け、これにより、ディスプレイの望ましい輝度が得られる。環境条件によるモニターの明るさの変動を安定化するために、バックライトの輝度の小さな変動が使用される。光弁デバイスの利用可能なレベルの数は、製造により指定される。さらに、バックライトの強度および光弁レベル状態を与える発光輝度に対する伝達関数は、光弁デバイス、その仕様、およびその製造に依存する。液晶技術に基づく大半のディスプレイ・デバイスは、ダイナミック・レンジ比が３００から８００までと制限され、またグレーレベル数も限られ、通常は、６４もしくは２５６である。デバイスの実際の特性は、偏光板、液晶、および駆動用電子回路の品質に依存する。

ディスプレイ上に現れるコントラスト比は、ディスプレイの２つの異なる領域における輝度、通常は最高輝度と最低輝度に基づく比である。市販のディスプレイに対する仕様では、通常、デバイスによって達成可能な最大コントラスト比を指定する。駆動電圧からディスプレイを通る光透過を特徴付ける伝達関数は、滑らかでない場合があり、これにより、絶対輝度レベルの正確な予測が困難になる。伝達関数が滑らかであろうとなかろうと、固定された背景照明は、ディスプレイのそれぞれのピクセルにおける出力として利用可能な輝度のレベルを画定する。グレースケール画像では、輝度はグレーレベルに比例する。使用されるＬＣＤディスプレイの標準構成では、つまり、コンピュータのモニターでは、ごく少数の輝度レベル（グレースケール・レベル）は、ＨＦＡを使用する視野検査に現在使用されているレベルと同じである。

本明細書で開示されている本発明の実施形態を使用することで、システムのコストと複雑度を低減しつつ、視野検査表示画像における現在の黄金律を保持、またはほぼ保持する新しい世代の視野検査機器を実現することができる。現代的なバックライト・ディスプレイ技術を使用することで、デバイスの設計の自由度を改善し、潜在的に、現行システムでは今のところ利用可能でない新しい刺激および検査を組み込むことができる。新しい刺激タイプの将来の実装は、製品化までの時間を短縮し、コストを低減して実現することができる。ビデオレートシステムでは、高速視線追跡機能を使用して固視誤差の補償または補正を行うことができる。
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。

図１は、フレーム・インタリーブの実施形態を使用する別々のバックライト照明およびピクセル毎の光透過を例示している。第１のフレーム１１０では、視標１３０を表示するために光弁デバイスが使用されている。第２のフレーム１２０では、光弁デバイスは、すべてのセルに対し均一に構成され（好ましくは全透過するように）、バックライト照明のみが表示される（１４０）。インタリーブされた画像は、高フレーム・レートで表示され、目はこの組み合わされた画像１５０を知覚する。

インタリーブされたフレームの解決は、コストをかけずには達成されない。図２は、ＬＣＤとバックライトの両方を別々に制御する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２３０、バックライト２２０、およびコントローラ２１０を使用するこの解決方法の一実施例を示している。この実施形態は、ＬＣＤコンポーネントを図１に例示されている画像表示状態１３０から図１に例示されている、バックライトのかなりの部分を通せる開放位置１２０へ高速に切り替える。標準のＬＣＤ画像とは異なり、知覚された画像は、１つのフレームからそのコントラストを、２つのフレームの組み合わせから知覚された輝度をもたらす。いくつかの視野検査視標に必要な高フレーム・レートを利用できるようにするために必要な高速状態遷移を行うことができるディスプレイ・コンポーネントの現在のコストは高く、これらのコンポーネントのコストが下がるまでこの技術の一般的な商業化が限定される可能性が高い。この技術における期待されるリフレッシュ・レートの改善およびコスト低減により、今後数年の間にこの実施形態の商業化が改善される。この技術は、コストが一番の関心事でない、および／またはフレーム・レートが問題にならないか、またはフレーム・レートの問題が解決されているシステムについては現在実現可能である。
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。

この２光源による解決方法では、上で説明されている単一のバックライトのフレーム・インタリーブによる解決方法で要求される表示素子の高速な状態変化を必要としない。いくつかの実施形態では、この２光源による解決方法における問題点は、追加光源の位置決めにある。図３ａに例示されている解決方法では、光源を組み合わせるための追加空間が必要である。同様に、図３ｂの光源の配置構成では、レンズ３５５のいずれかの側に空間を設けるとともに、バックライト３５０、およびこれら２つの光源からの光を組み合わせ、この組み合わせた光をレンズに向けるために使用されるビーム・スプリッタもしくは散光器３６０の幾何学的位置決めを必要とする。あるいは、ビーム・スプリッタもしくは散光器を、図示されていないくさびで置き換えることもできる。このくさびは、一方の光源（つまり、ＬＣＤに光を当てるバックライト）からの光を通し、他方の光源からの光を再配光し、これらの光を組み合わせてレンズに通す。

図３ｂにおいて、非光弁光源３５０（ときには背景光源もしくは二次バックライト光源とも称される）が、デザインの幾何学的形状を合理化するために、レンズ３５５の近くに配置される。光源３５０は、光学系の一方の側、または図示されているように、両方の側にあってもよい。ビーム・スプリッタ３６０は、ディスプレイの表面に対して平行になるように位置決めされる。あるいは、ビーム・スプリッタの代わりに散光器を使用することもできる。コンポーネント３６０は、ＬＣＤから光を通し、二次光源３５０からの光を反射または分散させなければならない。

別の背景照明が必要な場合には必ず、平面状二次バックライトを使用する代わりに、光源を瞳に対する共役位置に置く。図３ａの平面状光源３１０をＬＥＤおよびレンズで置き換えることができるが、ただし、レンズはＬＥＤが瞳共役位置に置かれるように設計されるものとする。これにより、ＬＥＤなどの、単純な光源からの背景照明を非常に一様な光にできる。

図３ｃに示されているさらに他の代替的設計において、透明の、またはほぼ透明の光源３９０を光弁ディスプレイの前に配置することができる。あるいは、図３ｄに示されている設計では、第２の光源３９５をレンズ内に埋め込む。これらの解決方法により、幾何学的形状が著しく単純化される。しかし、これらは、リン光透明光源、蛍光体、ＯＬＥＤ、もしくは量子ドットなどの高度技術の光源を必要とする。このような二次光源を使用すると、それ自体複雑さを増し、コストが高くなる。

そこで、バックライト光源の輝度を意図されたレベルを超える高さにすることによって、短い期間の間、刺激と背景とのコントラスト比を高めるとよい。そうする際に、デバイスの安全性は維持される。増大した出力の期間を延長することで発熱問題が生じ、期待寿命が短くなるが、複数の期間にわたり時間を十分に空けた短時間の暴露であれば管理できる。
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。

また、所定の照明レベルが知覚されるようなレートで順次照明を表示することによって、２バックライト解決法に利用可能なレベルの数を増やすこともできる。
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。

陰極線管の表示レベルまたは色は、電子銃および画面の蛍光によって印加されるエネルギーによって決まる。光弁ディスプレイ・デバイスの明るさは、弁に入力される光、および液晶の回転角度もしくはＤＬＰについて光を反射するように鏡が位置決めされる時間の割合などの、公称的にはデジタルの、制御によって決まる。その結果は、投影された画像のダイナミック・レンジおよび明るさレベルの数である。これらのデバイスに対する制御はデジタル方式であるため、光弁表示ピクセルに出力される光に対し可能な状態は有限の数しかない。６ビットのＬＣＤコントローラでは、６４個の明るさレベルがあり、８ビットＬＣＤコントローラでは、２５６個の明るさレベルがある。ＬＣＤデバイスに一般的に利用可能なコントローラは、６、８、および１０ビットコントローラである。

図６は、光弁デバイスのレベル状態を例示している。この図では、６４個の状態がある。コントローラからの明るさレベルの単一ステップ・コマンドの変化に応じた減衰または透過の変化は、一様でない。これからわかるように、低透過率（高減衰率）の状態の間のステップは、高透過率（低減衰率）の状態の間のステップに比べてかなり小さい。

先験的には、６ビット光弁コントローラを使用した光弁ディスプレイについては、１つの濃淡（またはレベル）が背景に対して予約されているため、利用可能な刺激強度は６３しかない。８ビットコントローラであっても、２５５の刺激強度しか得られない。これらが、メーカーによってＨＦＡの正確なレベルに合わされる場合（ただし知られている市販のディスプレイと異なる）、これらは、ＨＦＡを近似するのに十分であろう。しかし、同じディスプレイ上にＦＤＴのような刺激も表示したいが、ＦＤＴ刺激および背景の現在のＣＲＴ実装では４０９６個のレベルを使用している場合、既存の６４（または２５６）個のレベルのうちの５２個をＨＦＡによって使用されるレベルとなるように単純に定義しても、ＦＤＴ刺激も表示する十分なレベルが得られない。

典型的な光弁ディスプレイ上のレベルは、等しい間隔で並んでいないため、光弁制御を使用し、さらにバックライトの強度を制御することによって追加のレベルを形成することができる。例えば、バックライトを６３の異なる正確な強度にわたって、１つずつ、６３個の透過レベルのそれぞれが背景レベルと一致するように変化させることによって、提示されうる刺激は潜在的に６３×６４／２＝２，０１６個の異なるレベルがあることになる。（つまり、最低レベルの透過が背景である場合に６３個の刺激レベルがあり、背景が２番目に最も低い透過レベルである場合に６２個の刺激レベルがあり、というように）。８ビット光弁コントローラを使用すると、このレベル・シフト技術により、３２，６４０個の異なるレベルの可能性が生じ、検査デバイスの精度の範囲内でＨＦＡに必要な５２個のレベルと一致する可能性は非常に高い。この方法で、バックライトの強度および光弁レベルを制御することによって、最初に、表示すべき２つの輝度レベルを決定し、次いで、それら２つの輝度レベルの間の間隔を最もよく近似する２つの光弁レベルを決定し、最後に、２つの光弁レベルを使用して２つの輝度レベルが表示されるようにバックライトの強度を調整することができる。したがって、バックライトをフルに制御する場合、８ビット（場合によっては６ビットも）制御可能光弁ディスプレイはＨＦＡ視野分析について競争力を持つこととなる。

レベル・シフト機能も、ＦＤＴおよびＭａｔｒｉｘによって使用されるタイプと類似の周波数倍増錯視刺激のいくつかの単純な実装に有用である。しかし、ＦＤＴおよびＭａｔｒｉｘの周波数倍増錯視実装では、２つの視標の刺激、それに加えて背景レベルを使用し、それぞれの視標は複数のレベルを使用し、これら２つの視標は互いの反転映像となっており、周波数倍増錯視を使用して知覚されたコントラストを判定するには、ＨＦＡ視野分析に必要な以上に多くの照明レベルが必要である。光弁デバイスの照明レベルの間隔が非一様であるということは、限られたレベルからのＨＦＡのような刺激を生成する上で価値があるが、照明レベルの間隔のこのような非一様性は、周波数倍増錯視刺激を生成する上で障害となる。刺激は、互いの反転映像である２つの視標を必要とするため、照明レベルが非一様だと、刺激の対の生成は、いくぶん複雑なものとなる。これら２つの刺激視標は、概念的に、背景を表示するために使用され、さらには刺激のそれぞれの異なるコントラスト・レベルについて使用されるそれぞれの異なる照明レベルについて異なる。

これらの理由から、２バックライト照明の解決方法を使用して光弁ディスプレイ上に周波数倍増錯視を表示することには大きな利点がある。一方のバックライト、ベースのバックライトでディスプレイの照明の最低レベルを制御し、すべてのピクセルを等しく照らす。他方のバックライトである、光弁バックライトで光弁を照らし、光弁デバイスのすべての利用可能なレベルが刺激強度プロフィールを構成するために使用される。ディスプレイ上で目に入る照明は、ベースのバックライトと光弁バックライトの照明の総和である。このようにして、刺激視標のコントラストは、光弁バックライトの強度によって設定される。周波数倍増錯視検査に対する背景強度は、ベースのバックライト照明と光弁バックライト照明の組み合わせである。背景照明に使用される光弁照明レベルは、周波数倍増視標で使用される中レベルの光弁照明である。次いで、ベースのバックライトの強度は、これと、刺激の中レベルの照明との組み合わせが刺激の領域の外の背景ピクセルに対する適切な強度を生成するように設定される。２バックライト・システムを使用することによって、全６４レベルを使用して刺激視標を作成することができ、任意の（光弁バックライトの強度の制御のレベルまでの）コントラストの刺激を固定された背景強度の視野上に表示することができる。
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。

図８ｃは、ＬＣｏＳ光弁デバイスを例示している。ＤＬＰのように、ＬＣｏＳは反射を用いる技術である。ＬＣＤと同様、ＬＣｏＳもその動作において基本的に液晶の偏光特性を使用する。図８ｃは、単一のバックライト光源を持つＬＣｏＳデバイスを例示している。バックライト８２５の適切な偏光が、偏光ビーム・スプリッタ８７０からＬＣｏＳデバイス８６０へ反射する。コントローラ８８０からのコマンドは、ＬＣｏＳデバイス８６０内の液晶の配向を修正し、次いで、液晶を通過する光の偏向を修正する。この偏光は、液晶の背後にある反射面から反射し、再び液晶を通過し、全偏光変化が液晶の配向に依存する形で、ＰＢＳ ８７０に戻る。ＰＢＳ ８７０は、光の一部（理論的にはすべてと無との間）を目に到達するように視界窓８４５に透過させる。ＬＣｏＳデバイスとは独立している追加の背景光源（図示せず）を加えることができる。例えば、図８ｂの８５０などの背景光源を、ＰＢＳと視界窓８４５との間に追加することができる。
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。

ＬＣＤに勝るＯＬＥＤの他の利点は、応答時間である。多くのＯＬＥＤディスプレイの立ち上がり時間および立ち下がり時間は、現在、１００μｓ未満であるものとして指定されており、ＵＳＭＰ−Ａ３４４８０（ユーエス マイクロ プロダクツ社（ＵＳ Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ．））の立ち上がり時間および立ち下がり時間は５０μｓ未満である。図１０は、黒色から白色への急速な立ち上がり時間１０１０、わずかに減少する白色強度１０２０、および白色から黒色への急速な立ち下がり時間１０３０を示している。一部のＬＣＤディスプレイは、１から４ｍｓの応答時間を有しているが、典型的なＬＣＤの応答時間は、通常、５〜２０ｍｓ以上の長さである。応答時間が高速であるため、表示の遷移は高速であり、より速く変化する視覚刺激を表示することが可能になる。

図９は、ＯＬＥＤの実装を例示している。その最も単純な実施形態において、ＯＬＥＤディスプレイは、すべての試験タイプをカバーする十分な強度およびダイナミック・レンジを有する。その場合、ビーム・スプリッタ９３０および刺激９４０は、不要である。コントローラ９２０は、単純に、観察すべき表示を提示するように二次元ＯＬＥＤディスプレイ９１０に命令を送るだけである。この表示は、ＳＡＰ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｐｅｒｉｍｅｔｒｙ）（標準的な、黒色の上に白色、またはより新しい、黄色の上に青色のＳＡＰ）において使用されているような背景上の刺激、またはグレーの背景上でＦＤＴによって使用されるような時間的に変化する周波数倍増刺激とすることが可能である。しかし、ＯＬＥＤの最大強度が不十分である場合、つまり、ＳＡＰ刺激については、可能な１つの解決方法は、検査の範囲を狭めることである。しかし、範囲を狭めると、制限された範囲の検査が眼科医標準に適合するものとならないため顧客受け入れの問題が生じる。より適切であると思われる代替えの方法は、図９に示されているような、追加の光源の光を刺激に照射することにより視標の強さをシステムに加えることである。

図９のＳＡＰ刺激９４０により、ＯＬＥＤ上の最も明るい刺激が最も明るい視野刺激を生成するのに十分でないとしてもＯＬＥＤディスプレイをＳＡＰ視野検査に使用することができる。ＯＬＥＤは、現在、ビーム・スプリッタ９３０および移動可能な刺激９４０を追加することによって背景光レベルおよび固視標に対してのみ使用されているが、ＳＡＰ刺激はここではＬＥＤによって示されている刺激発生源９４０によって形成される。ＯＬＥＤの設置面積は小さく、公称的には５．０８センチメートル×５．０８センチメートル（２”×２”）であるため、必要な空間範囲上で刺激９４０を移動するのに小さなメカニカル・マウントを使用することができる。

刺激をスキャンする他の手段は、ビーム・スプリッタの前にあるコリメーティング・レンズ上への刺激をスキャンするために刺激の前に置かれている移動可能な鏡、刺激を放物面鏡の焦点に置き、刺激を回転してその鏡上で刺激をスキャンし、それを目の適切な位置へ反射させる方法、ＬＥＤのアレイを使用し、適切な１つのＬＥＤを点灯して刺激を形成する方法などがある。使用されるメカニズムに関係なく、高強度のＳＡＰ刺激をＯＬＥＤ背景と組み合わせて、図９と適合する方法で被験者に対し表示することができる。このようにＳＡＰ刺激をＯＬＥＤディスプレイに加えることができることは、ＦＤＴ刺激とＳＡＰ刺激の両方のための機器を作製するときに特に重要である。

現在生産されているＯＬＥＤは、ＳＡＰ刺激を表示する十分な強度を持たないが、ＦＤＴ視標を表示するのに必要な強度を有する。（将来、ＯＬＥＤは、すべての必要なＳＡＰ刺激も表示する十分な強度をもたらすようになると思われる。）しかし、ＬＣＤのように、ピクセルが６ビットまたは８ビットＤ／Ａ ＯＬＥＤ光源ドライバによってアドレス指定されるので、ＯＬＥＤが有する色の数は限られている。したがって、特定のＦＤＴ視標に対し色または濃淡は豊富にあるが、ＦＤＴ視野検査を実行するために必要なＦＤＴ視標のすべてを表示するには、グレーの濃淡の合計数が固定された６４または２５６のみでは十分でない。ＬＣＤの場合のように、ＯＬＥＤカラー・テーブルは、いくつかのＦＤＴ視標については変更されなければならない。

一般的に、表示は、ガンマ曲線を変化させることによって強めることができる。ガンマ補正は、ディスプレイ駆動信号からディスプレイの明るさへの伝達関数の（一般的にプログラム可能な）構成要素である。この伝達関数の３つの主要な構成要素は、Ｄ／Ａコンバータ、ガンマ補正、および表示素子応答である。ガンマ補正は、一般的に、プロットしたときにガンマ曲線としばしば称される関数（ガンマ関数としばしば称される）である。ガンマ補正、ガンマ関数、およびガンマ曲線という用語は、伝達関数の最も修正しやすい構成要素を記述するために入れ替えて使用できる。すべてのディスプレイ・デバイスの材料は、印加される信号に対する固有の物理的応答を有するが、材料が異なれば、源信号が同じでも応答は異なる。ディスプレイ・メーカーは、通常、修正された信号に対する材料の固有応答が同じ信号を受信する他のディスプレイのものと似るように入力信号を修正するためにガンマ曲線を製品に組み込んでいる。ＬＣＤに対するガンマ曲線が、ディスプレイ駆動入力信号へのＬＣＤディスプレイ応答がＣＲＴの典型的な応答に似たものとなるように設計されているのとまったく同じように、ＯＬＥＤに対するガンマ曲線は、ディスプレイ駆動入力信号へのＯＬＥＤディスプレイ応答がＣＲＴの典型的な応答に似たものとなるように設計される。

アナログのＣＲＴとは異なり、ＬＣＤのようなデジタルのＯＬＥＤは、固定される数の明るさレベルを表示するにすぎない。残念なことに、ディスプレイ・メーカーによって典型的に選択されるレベルは、医療用途には理想的なものといえない。特に、理想的なＦＤＴディスプレイでは、背景レベルについて選択された特定のレベルの上および下でまったく同じに一致するグレーレベルのいくつかの対を使用する。これは、典型的なＯＬＥＤディスプレイの通常の非線形ガンマ関数とは合わない。

もちろん、メーカーはガンマ関数を変更することができるか、またはメーカーの設計で許されれば、ガンマ関数を変更するためのアクセス権を他社に与えることができる。ガンマ関数を変更すると、ディスプレイ駆動信号をディスプレイの明るさにマッピングする伝達関数が変更される。ガンマ曲線の関数は、初期駆動電圧をどのように修正してＯＬＥＤ素子に印加される実際の駆動電圧にするかを指定する情報を与えるものである。ＦＤＴ検査では、好ましいガンマ曲線は、背景強度に関して対称的である。さまざまなＦＤＴ刺激が刺激のコントラストを変化させるので、単一のガンマ曲線がすべてのＦＤＴ刺激に対し使用される場合に、明るさの値は、図１１（ａ）のように、背景レベルの強度の周りに集中しなければならない。これにより、ガンマの１回の選択で異なるコントラストの視標に対し最大数の選択を行える。

しかし、単一のガンマでは、８ビット・コントローラの場合に２５６個のグレーの濃淡しか得られない（６ビット・コントローラの場合には６４個のグレーの濃淡しか得られない）。業界が、１０ビット、１２ビット、またはさらには１６ビットのコントローラに切り替えれば、さまざまなコントラストの視標の必要な濃淡を既存のガンマ曲線に当てはめるのが容易になる。しかし、それまでの間、利用可能なグレーの濃淡の数が限られているため、調整を行う必要がある。より多くの制御ビットを持つコントローラが利用可能になった場合、一般的に、そのようなコントローラの価格も高くなり、より高価なディスプレイを購入するよりも本発明を利用する方が費用効果がよいといえるであろう。

確かに、ガンマ曲線を完全に制御すれば、ディスプレイを最大限制御できる。しかし、利用可能な制御の程度は、メーカーの仕様によって決まる。いくつかのチップでは、図１１（ｂ）に示されているように、ディスプレイの明るさの範囲を制御するためのピンが用意されている。ここで、この明るさの範囲は、中点（ＦＤＴ背景の濃淡）が固定されたままである間、半分にされる。このチップが最大の明るさの制御のみを許す（したがって、図１１（ｂ）の明るさの値は、０．２５から０．７５までではなく、０から０．５までの範囲である）場合、前の方で説明したような二次バックライトを使用して、ディスプレイの全体的な明るさを増強することができる。このタイプの制御は、ＦＤＴ刺激のコントラストを変化させるときに有用である。容易にわかるように、刺激のコントラストは、ディスプレイのガンマ曲線を変えることによって変化させることができ、その場合、コントラスト刺激が高いほどガンマ曲線における明るさの値の範囲が広がり、コントラスト刺激が低いほどガンマ曲線における明るさの値の範囲は狭まる。これは、一方の刺激から他方の刺激へ変わるときに要する時間内にガンマ曲線を変えるのに十分な制御を必要とする。

いくつかのＯＬＥＤディスプレイにおいて利用可能な他の制御では、ガンマ曲線の中点の傾きを変えることができる。この中点は、ＦＤＴ刺激の場合には、背景の明るさであるべきである（これは、図１１（ａ）〜（ｃ）については０．５となるように選択される）。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）と比較したときに明るさの曲線に対する駆動信号の傾きの増加を示している。両方の曲線（図１１（ａ）および図１１（ｃ））は、同じ範囲を有するが、傾きが大きいほどより多くの明るさの濃淡を利用できる。したがって、高コントラスト刺激では、ガンマ曲線は、選択対象のより多くの明および暗ピクセルを形成するように設定され、低コントラスト刺激では、ガンマ曲線は、背景表示の明るさに近いグレーのより多くの濃度を形成するように設定される。

ＦＤＴ刺激の制御は、明るさの応答に対する駆動信号が線形である場合に特に容易である。図１１（ｄ）は、最大のコントラスト刺激を許容する、傾き１の直線を示している。ガンマ曲線を図１１（ｄ）の曲線から図１１（ｅ）に例示されているような傾き０．５の曲線に変更する場合、駆動信号を変えずに表示される刺激のコントラストを下げることになる。傾きを０．２５にすると、図１１（ｆ）に示されているように、駆動信号への変更を必要とすることなく表示される刺激のコントラストがさらに下げられる。明るさの値の範囲をこのように狭めると、限られた範囲内で濃淡または色が増える。したがって、ガンマ曲線の傾きを小さくした場合に、レベルの数が限られていても、低コントラストＦＤＴ刺激は、高コントラスト刺激と同じ数の色を表示することができる。

最後に、ディスプレイの全体的制御は、ピクセル毎に光源ドライバを調節することによって行うことができる。これは、ガンマ曲線を制御することによって、ただし、このような制御を十分に速く行える場合に、実行することができるか、または中間信号コントローラを通じて実行することができる。このような制御は、完全で、連続的であるか、または間欠的で、部分的なものであるものとしてよい。完全で、連続的な制御は、ピクセル・クロックと同期する光源ドライバ信号の常時監視および操作を必要とする。しかし、間欠的で、部分的な制御も実行することができ、ディスプレイ上でいくつかのピクセルを除くすべてのピクセルに対して固定ガンマ曲線が十分である場合に有利なものと思われる。例えば、ガンマ曲線が図１１（ｂ）のように０．２５から０．７５までの範囲のディスプレイの明るさに制限される場合、黒色はない。黒色固視標は有用な場合があり、１つまたは複数のピクセル（選択されたいくつかのピクセルのみを除く）をカバーする。この場合、光源信号は、固視標をもたらすことが意図されているピクセルに対するＤ／Ａからの値に関係なくゼロに設定することによって制御することができる。

固視標は、黒色である必要はない。制御信号および変調の適切な選択を行うことによって、固視標色の選択を実行することができる。
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。

背景信号は固定値のままとすることができる。しかし、動的刺激を患者にもたらすことが変動によって回避される限り、検査時にゆっくりと変化している可能性もある。背景信号は、試験時に、または試験と試験との間で、正しい背景レベルを維持し、刺激コントラストに関係なく表示される刺激の十分な精度を保持するように、較正することができる。

背景信号と双方向刺激信号のいずれかまたは両方は、複数のピクセルにまたがって空間的に変化しうる。例えば、一様な背景の明るさを実現するために、背景信号をピクセル毎に較正し、ピクセル間の変動に対処することができる。

これらの実施形態、例、および説明は、本発明およびその実用的応用の原理を例示するために選択され、説明されているのであって、本発明の定義として選択され、説明されているのではないことは理解されるであろう。本発明の修正形態および変更形態は、当業者にとって明白であろう。本発明の範囲は、請求項によって定義され、これは知られている等価物および本出願の出願時点において予測し得ない等価物を含む。

以下の参考文献を本願明細書に援用する。
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。

オーランドー、アールら（Ｏｒｌａｎｄｏ，Ｒ． ｅｔ ａｌ．）、バックライト制御機能を組み込んだプログラム可能ガンマ・リファレンス・バッファ、Ａｌｔａ Ａｎａｌｏｇ ＳＩＤ ２００６ Ｐａｐｅｒ。

シーツェン（Ｓｅｅｔｚｅｎ）、ハイドリッヒ（Ｈｅｉｄｒｉｃｈ）、ストゥルツリンガー（Ｓｔｕｅｒｚｌｉｎｇｅｒ）、ウォード（Ｗａｒｄ）、ホワイトヘッド（Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ）、トレンタコステ（Ｔｒｅｎｔａｃｏｓｔｅ）、ゴーシュ（Ｇｈｏｓｈ）、ボロズコフ（Ｖｏｒｏｚｃｏｖｓ）：高ダイナミック・レンジのディスプレイ・システム、ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ （Ｓｉｇｇｒａｐｈ ２００４年）。

Claims (43)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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。
22. 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。
23. 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。
24. 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。
25. 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。
26. 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。
27. 前記光源は、視標を形成する、請求項２６に記載の装置。
28. 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。
29. 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。
30. 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。
31. 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。
32. 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。
33. 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。
34. 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。
35. 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。
36. 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。
37. 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。
38. 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。
39. 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。
40. 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。
41. 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。
42. 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。
43. 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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