JP2016538776A - 包括的調光を行う単一及びマルチ変調器プロジェクタシステム - Google Patents

Abstract

調光器および第１の変調器を備えるプロジェクタディスプレイシステムを開示する。調光器は、第１の変調器に照射した光源の輝度を下げることができる調整可能なアイリス、調整可能な光源および／またはＬＣＤスタックを備えることができる。第１の変調器は、複数のアナログミラー（例えばＭＥＭＳアレイ）を備えることができ、第２の変調器は、複数のミラー（例えばＤＭＤアレイ）を備えることができる。ディスプレイシステムは、制御信号を調光器および第１の変調器に送信する制御装置をさらに備えることができる。ディスプレイシステムは、そのような制御信号の組み合わせを用いて投影画像をレンダリングするために、所望のダイナミックレンジをレンダリングできる。

Description

本発明は、ディスプレイシステムに関し、さらに詳細には、拡張ダイナミックレンジ（ＥＤＲ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）能力を有するプロジェクタディスプレイシステムに関する。

従来のプロジェクタシステムでは通常、プロジェクタ内部にある何らかの光学システムによって変調される画像をスクリーンに発光させる単一の光源がある。拡張ダイナミックレンジ（ＥＤＲ）で画像を投影する能力を有するプロジェクタシステムを作製することがますます望まれている。このようなＥＤＲプロジェクタディスプレイは通常、コントラスト比が典型的なシネマ標準または５，０００対１を上回るコントラスト比を有する現代のディスプレイを超えていることがあり、状況によっては１，０００，０００対１以上であることがある。このようなディスプレイは、色域が現在のシネマ標準を超えていることもある。

ディスプレイシステムならびにその製造方法および使用についてのいくつかの実施形態を本明細書に開示する。
調光器および第１の変調器を備えるプロジェクタディスプレイシステムを開示する。調光器は、第１の変調器に照射した光源の輝度を下げることができる調整可能なアイリス、調整可能な光源および／またはＬＣＤスタックを備えることができる。第１の変調器は、複数のアナログミラー（例えばＭＥＭＳアレイ）を備えることができ、第２の変調器は、複数のミラー（例えばＤＭＤアレイ）を備えることができる。ディスプレイシステムは、制御信号を調光器および第１の変調器に送信する制御装置をさらに備えることができる。ディスプレイシステムは、そのような制御信号を組み合わせて投影された画像をレンダリングするために、所望のダイナミックレンジをレンダリングできる。

１つの実施形態では、プロジェクタディスプレイシステムであって、当該ディスプレイシステムが、光源と、制御装置と、調光器であって、当該調光器が当該光源によって照明され、且つ当該調光器は光源からの光の量を調光すべく制御装置によって制御される、前記調光器と、第１の変調器であって、当該第１の変調器は、調光器からの光に照明されるとともに制御装置の制御を受けて調光器からの光を変調可能である、前記変調器とを備える、ディスプレイシステム。制御装置は、プロセッサと、メモリであって、当該メモリがプロセッサと関連づけられており、当該メモリはプロセッサ可読命令をさらに含み、プロセッサ可読命令はプロセッサがプロセッサ可読命令を読み込んだときにプロセッサに以下の命令を実行させる：画像データを受信する、当該画像データは拡張ダイナミックレンジ（ＥＤＲ）画像データを含む；調光器が、当該光源からの光の所望の割合を第１の変調器に割り当てることができるように、調光器に制御信号を送信する；および、光源からの光の所望の割合が、所望のスクリーン画像を形成するべく調整されるように、当該第１の変調器に制御信号を送信する、前記メモリとをさらに備えることができる。

このシステムのその他の特徴および利点を、本明細書内に掲載した図面とともに読む際に以下の「詳細な説明」に記載する。
例示的な実施形態を図面の参考図に示している。本明細書に開示した実施形態および図は、限定的なものではなく例示的なものと考えることが意図されている。

プロジェクタディスプレイシステムの１つの実施形態の図であり、本明細書に開示した本明細書のシステム、方法および技術に適切となり得る包括的調光に好ましいアイリスを備える。 プロジェクタディスプレイシステムの別の実施形態を示す図であり、本明細書の原理に従って作製された包括的調光に好ましい２つ以上のカラーチャネルに対するアイリスを備える。 プロジェクタディスプレイシステムのさらに別の実施形態を示す図であり、一組のカラー光源から分割される２つ以上のカラーチャネルにアイリスを備える。 プロジェクタディスプレイシステムのその他の実施形態を示す図であり、インテグレートロッドおよびこのインテグレートロッドの通路内に設けられた変調器を備え、インテグレートロッドは単一の光パイプまたは区切られたものであってよい。 プロジェクタディスプレイシステムのその他の実施形態を示す図であり、インテグレートロッドおよびこのインテグレートロッドの通路内に設けられた変調器を備え、インテグレートロッドは単一の光パイプまたは区切られたものであってよい。 本明細書の原理に従って作製されたプロジェクタシステムによって作用され得る１つの例示的なダイナミックレンジマッピングを示す図である。 本明細書の原理に従って作製されたプロジェクタシステムを用いた処理に好ましい画像処理システムの１つの高度な図式を示す図である。 全光源を調光する単一の包括的調光アイリスを有する二重変調器プロジェクタシステムの１つの実施形態を示す図である。 一組の光源の放出端部で包括的調光に作用するために２つ以上のカラーチャネルのためのアイリスを備える二重変調器プロジェクタシステムの１つの実施形態を示す図である。 一組の光源の放出端部に一組の包括的調光アイリスを有するマルチ変調器プロジェクタシステムの別の実施形態を示す図である。

当業者により徹底して理解してもらうために、以下の説明を通して特定の詳細を説明する。しかしながら、本開示を無駄に不明瞭にするのを避けるため、公知の要素を詳細に示したり説明したりしていないことがある。したがって、説明および図面は、限定的な意味ではなく説明的な意味で捉えるものとする。

本明細書で使用した通り、「構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」、「システム（ｓｙｓｔｅｍ）」、「インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）」、「制御装置（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）」などの用語は、コンピュータ関連エンティティ、ハードウェアか（例えば実行中の）ソフトウェアのいずれか、および／またはファームウェアを指すことを意図している。例えば、これらの用語のいずれも、プロセッサで実行中のプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行可能ファイル、プログラム、および／またはコンピュータであり得る。実例として、サーバ上で実行中のアプリケーションおよびサーバは両方とも、構成要素および／または制御装置であり得る。１つ以上の構成要素／制御装置がプロセス内にあることがあり、構成要素／制御装置が１つのコンピュータにローカライズされることがあり、および／または２つ以上のコンピュータの間に分配されることがある。

特許請求した主題を図面を参照して説明し、図面では全体を通して同様の要素を指すために同様の符合を使用している。以下の説明文では、説明目的で、主題の発明を徹底して理解してもらうために、多くの特定の詳細を説明している。しかしながら、特許請求した主題は、これらの特定の詳細がなくとも実施できることは明らかであり得る。また、主題の発明の説明を容易にするために、公知の構造および装置をブロック図に示している。

包括的に調光するＥＤＲプロジェクタの実施形態
ＥＤＲプロジェクタシステムおよび二重変調プロジェクタシステムは、共同所有の特許および特許明細書に記載されており、
（１）２０１２年２月２８日に発行された「ＳＥＲＩＡＬ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹ ＨＡＶＩＮＧ ＢＩＮＡＲＹ ＬＩＧＨＴ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＳＴＡＧＥ」と題するＷａｒｄらの米国特許第８，１２５，７０２号；
（２）２０１３年６月１３日に公開された「ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題するＷｈｉｔｅｈｅａｄらの米国特許出願第２０１３０１４８０３７号
（３）２０１３年６月１３日に公開された「ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＥＭＳ
ＰＩＸＥＬＳ ＩＮ ＤＩＳＰＬＡＹ ＡＮＤ ＩＭＡＧＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題するＬａｕらの米国特許出願第２０１３０１４７７７７号；および
（４）２０１２年２月１６日に公開された「ＨＩＧＨ ＤＹＮＡＭＩＣ ＲＡＮＧＥ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ」と題するＫａｎｇらの米国特許出願第２０１２００３８６９３号
などがあり、これらの全容を参照することにより本願に援用する。

多くのこれらのＥＤＲシステムでは、ＥＤＲ投影に作用する二重変調器構造になっていることがある。例えば、１つのシステムが、光源からの光を別々に変調し、入力されたスクリーン画像の一部を局所的に調光することによってＥＤＲ投影を生み出せる１つ以上のＤＭＤを備えることができる。

本明細書でさらに考察したように、所望のスクリーン画像のＥＤＲ投影に作用し得る包括的調光を実施するためのシステム、技術および方法がある。
図１は、アイリスを使用する包括的調光を用いてＥＤＲ投影に作用し得るプロジェクタシステムの１つの実施形態である。プロジェクタ１００は、光源（この例では、一組のレーザ光源１０２−１、１０２−２、１０２−３および１０２−１’、１０２−２’、１０２−３’）を備え、この光源は、２つの（またはそれ以上の）ＲＧＢレーザ光源をさらに備えることができる。先行技術でも公知のその他の光源（例えば、キセノンランプ、レーザのアレイ（例えばダイオードまたは他のもの）またはその他の固体発光体、アークランプなど）を用いてもよいことを理解すべきである。

光源１０２からの光は、光路（例えば図１の実施形態にあるインテグレートロッド１０４）に沿って誘導され、アイリス１０６に到達できる。いくつかの実施形態では、光源は、制御装置１０１の制御を受けて変調され得る。アイリス１０６は、（制御装置１０１から制御を受けて）経路内の光量を増大および／または抑制してプロジェクタシステムの包括的調光に所望通りに作用し得る。その後、光１０９は、光路（例えばインテグレートロッド１０８）に沿ってさらに第１の変調器まで進み続けることができる。図１の実施形態では、第１の変調器１１０は、１つの（またはそれ以上の）ＤＭＤアレイを備えることができる。この例では、光学構成要素１１２は、入射してくる白色光をその分光構成要素（例えばそれぞれ赤色、緑色および青色）に分割できるため、３つのＤＭＤアレイ１１０−１、１１０−２および１１０−３（あるいはその代わりに３つのチップＤＬＰアセンブリ）がそれぞれ設けられる。アイリス１０６は、プロジェクタシステムに対する調光器の一例であってよく、この調光器は、システムの光源からの光を調整する。適切な調光器の別の例が、制御装置１０１の制御を受けて輝度レベルを調整できる調整可能な光源であってよい。

第１の変調器１１０は、その後、（制御装置１０１から制御を受けて）所望の光の変調に作用でき、それによって、プロジェクタを介して投影された際に（１１３）光学素子１１４は、１つ以上の視聴者に対してスクリーン（図示せず）上で所望の投影画像に作用できる。１つの代替実施形態では、オフ状態の光は、再利用されてもよく、アイリスに対して別の制御パラメータを提供する。再利用される場合、光は、各々の変調器に対して個別
のスペクトルに分割される可能性が高い。ただし、ほとんどの光を要求する変調器は、アイリスの要求を推し進めることができる。

代替的な包括的調光ＥＤＲプロジェクタの実施形態
光源からの白色光に対して包括的調光を実施する代替案として、様々なスペクトルチャネルに対して包括的調光を実施することが可能であり、これはプロジェクタシステムによって提供されてよい。図２は、（制御装置２０１の制御を受けて変調されてよい）光源２０２を備える代替実施形態のプロジェクタシステムである。前例と同じく、光源２０２は、可能であるどのような光源であってもよく、この光源は、そのスペクトル構成要素に分割され得る。図２では、光源２０２は、一組のレーザ光源（例えば赤色、緑色および青色のレーザ光）であり、各々の光は、光ファイバ２０４ｒ、ｇおよびｂに沿ってそれぞれ伝播され得る。各々の（またはいくつかの）カラーチャネルに対して、一組のアイリス２０６ｒ、ｇおよびｂがそれぞれ設けられてもよい。これらのアイリスは、制御装置２０１の制御を受けることができ、それによって、各光チャネルは、それぞれの光チャネルの包括的調光を実現できる。

その後、光は、光結合器（例えば、インテグレートロッド２０８）の中で結合されることができ、前例と同じく、光は、１つの（またはそれ以上の）ＤＭＤアレイを備えることができる第１の変調器２１０に照射できる。ここで、前回と同じく、光学構成要素は、入射してくる白色光をその分光構成要素（例えばそれぞれ赤色、緑色および青色）に分割できるため、３つのＤＭＤアレイ（またはその代わりに、３つのチップＤＬＰアセンブリ）がそれぞれ設けられる。図１および２に対する他の実施形態の例として、第２の変調器（図示していないが、１１０および／または２１０と同様のもの）がその後、（制御装置２０１から制御を受けて）光の別の所望の変調に作用してもよく、それによって、プロジェクタを介して投影された際に光学素子２１４は、一人以上の視聴者に対してスクリーン（図示せず）上で所望の投影画像に作用できる。

図３は、別々のカラーチャネルに対して包括的調光を作用させるプロジェクタシステムのさらに別の実施形態である。プロジェクタシステム３００は、（任意の公知の光源、例えばキセノンランプ、アークランプなどを基盤とする）白色光源３０２を備えることができる。ダイクロイックビームスプリッタ３０３および３０５は、緑色、赤色および青色の光をその別々の光路に分割できる。アイリス３０６ｒ、ｇおよびｂは、これらの別々のカラーチャネルに所望の包括的調光を作用させることができる。それによって生じた光は、光路３０８ｒ、ｇおよびｂにそれぞれ位置されることができ、その後、（先行技術で公知のように、それぞれのチャネルに対して変調器を用いて）別々に変調されてよい。これらの別々に変調された光からの光は、光路３０９ｒ、ｇおよびｂに沿ってそれぞれ伝送されてよく、所望通りに再度結合されて結合後の光ビームを形成できる。

光を統合し変調するための代替実施形態
図４Ａおよび４Ｂは、光源からの光を変調して統合するための別の実施形態を示している。図４Ａは、光がインテグレートロッド１０８（または任意のその他の適切な光のパイプおよび／または導管）に入る前に、ロッド１０８の前にＬＣＤスタック４０２が配置されていてもよいことを示している。ＬＣＤスタック４０２は、第１の偏光層４０４、ＬＣＤ４０６および第２の偏光層４０８をさらに備えることができる。ＬＣＤスタック４０２は、制御装置１０１による制御を受けることができ、所望できる通りに、光の付加的な変調点を提供できる。

図４Ｂは、ＬＣＤスタック自体を（例えば４０２−１、４０２−２、４０２−３および４０２−４に、あるいは他の任意の仕切り数に）仕切ることができる１つの実施形態を示し、これによって、インテグレートロッド１０８に入射する光は、光路内にある個別のＬ
ＣＤスタックに応じて調光され得る。この場合のインテグレートロッド１０８は、それ自体が仕切られるおよび／またはセグメント化されることができ、その仕切りおよび／またはセグメントから生じた光は、投影スクリーン自体の様々な領域を照射して、プロジェクタシステムの領域ごとの調光に作用できる。

包括的調光で画像を処理する実施形態
１つの実施形態では、フレームまたはシーンに対して全体的な（および／または局所的な）明るさレベルを決定する方法を作用させて、表示すべき所望の投影画像を達成できる。これらの方法は、フレーム単位および／またはシーン単位で実施されてよい。これらの方法は、この処理に作用させるためにヒストグラムおよび／またはメタデータを用いることができる。単なる一態様として、これらの方法は、一フレーム内の明るさレベル間で滑らかな移行を実現できる。いくつかの実施形態では、明るさレベルが変化する勾配の変動を、一シーン内で起こり得るシーンの変化、異なる種類のシーンの変化、および／または異なる種類の明るさレベルの変化に対して実施できる。別の実施形態では、これらの方法は、全体的なシーン情報があってもなくても、Ｒ、Ｇ、Ｂを独立して照射調整することを含んでいてもよい。全体的なシーン情報がない方法では、例えば、現在フレームまたは（前か後の）直近フレームを分析するなどの技術を用いることができる。

明るさレベルは、例えばセグメント化された光のパイプを介して領域に記録されてよく、明るさレベルはその後、例えば同様の要因に基づいて分析されてよく、かつ、同じフレーム内または一時的に関連しているフレーム内の他のセグメントに対しても分析されてよい。また、フレームデータまたは領域単位のフレームデータの画像データ内で符号化された（および／または別の光源から得られた）メタデータを介して、ヒストグラムを算定または提供できる。

その他の代替実施形態では、知的推論（例えば、ＡＩ、ヒューリスティック）を用いて、シーンの変化、または視聴者が突然の明るさの変化に一層耐え得る特別な領域単位の事例を決定できる。別の実施形態では、オフライン処理または生成後の微調整もしくは介入に基づいたメタデータが、別々に符号化されるか提供されたメタデータに含まれていてよい。過去のシステムとの後方互換性のため、または拡張された高いダイナミックレンジや拡張された３Ｄなどの特別な新たな特徴を提供するため、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ：ｈｉｇｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）から低ダイナミックレンジ（ＬＤＲ：ｌｏｗ
ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）へ移行するためのさらに他の情報を提供できる。

１つの実施形態では、フレームコンテンツまたは様々な特徴に対するロックを解除するキーと共にメタデータを別々のファイルに提供し、コンテンツの特別な処理によって得られおよび／またはメタデータによって誘導されて強化された動画を見せることができる。広義では、明るさのパラメータは、光源の調整を利用する場合に、三原色すべてを一度に、またはペアで、またはその他の群の組み合わせで調整するために提供されてもよい。

アイリスを備えた本明細書に記載した様々な実施形態の場合、これらの方法は、三原色を調整することによって使用できるものであり、例えば、アイリスは、光源の代わりに調整され得る。効果が下がる可能性があるが、より広い明るさ範囲にわたってパネルコントラストを適用することが可能になり（例えば連続するコントラストの増加）、投影レンズの開口サイズ（例えば、コーナーボックスおよびＡＮＳＩコントラスト）を小さくすることによってスクリーン上でコントラストを同時に改善できる。

全体的なシーン情報なしでＲ、Ｇ、Ｂを独立して照射調整する
全体的なシーン情報を含んでいないことがあるＲＧＢ（またはその他のスペクトル分離スキーム）に対して用いる方法の２つの実施形態のみに対して、ディスプレイシステムは
、以下の処理工程で１つまたは両方の方法に作用できる。

（１）現在の画像フレームを分析して色域体積を決定する、特にそれぞれの個別の原色チャネルで要求される最大の貢献を決定する（例えば、固定波長範囲のうち個別に制御可能な照明源）。これらの最大の要求を用いてそれぞれの個別の原色のレベルを設定する。

（２）現在の画像フレームならびに前のフレームおよび／または後のフレームを分析して時間の経過に沿って最大の要求を決定し、時間の経過に沿った照射調整のより滑らかな移行を実現する。

各原色に対して個別に制御可能な照明源があり、（例えば区切られたインテグレートロッドのような方法を用いて）それらの照明源の各々を変調装置の一部に記録できれば、上記のいずれの方法を用いることも可能であり得る。それぞれを個別に制御可能な照明源に関連付けられた領域ごとに、最高の要件の算定を行うことができる。これは、セグメントの境界に関連付けられたエラーを除去するための他の二重変調補償アルゴリズムと合わせて適正に使用すれば、拡張された同時コントラストを提供する傾向にあり得る。

これらの調整は、電力消費を削減し、寿命を延ばす傾向にあり得る。また、これらの調整によって、パネルコントラストをより広い明るさ範囲にわたって適用することが可能になり得る（例えば改善された連続コントラスト）。

全体的なシーン情報を用いて原色を独立して照射調整する
システムが全体的な（または実質的に全ての）シーン情報を有するような実施形態では、１つの適切な方法で、ヒストグラムのデータおよび所望のマッピングパラメータを、場合によってはメタデータを用いて、照射調整アルゴリズムに用いることができる。

別の実施形態では、再生十分なフレームを遅延させて、時間の経過に沿った照明源の滑らかな移行を算定することが可能であり得る。しかしながら、これを実施したとしても、シーンカット位置の情報なしでそれを行うことができ、より突然の変化がいつ許容されるかを知るための知的推論に頼ることが必要なことがある。各シーンに対してヒストグラムを提供することにより、適切な方法で、コンテンツを遅延させて分析する必要性を取り除くことに加えて突然の変化を実施できるという調整特性を照明源に持たせることが可能になり得る。

ヒストグラムは、（自動的に生成され得るシーン情報があったとしても）高ダイナミックレンジコンテンツをより低いダイナミックレンジのディスプレイに変更する場合に、理想のマッピングの好みを提供する能力に欠ける傾向にある。ＥＤＲのメタデータは、これらの好みの情報を用いて創造的な相互作用から直接生成され得る。このように、所望のマッピングパラメータを含むメタデータを用いると、照射レベルの調整をさらに向上させて、ディスプレイの総合的な性能とは関係なく創造的な意図を実質的に表す最終的な画像シーケンスを生み出すことができる。

さらに別の実施形態では、光源の調整を用いる場合に、三原色すべてを一度に、またはペアで、またはその他の群の組み合わせで調整することが可能であり得る。また、投影レンズから射出される照明はすべて、本明細書に記載したように、アルゴリズムの制御を受けている調整可能なアイリスを用いて調整され得る。いくつかの実施形態では、光源の調整、アイリスの調整、またはこの両方の何らかの組み合わせが可能であり得る。

照射調整を必要とするこれらの方法により、パネルコントラストをより広い明るさ範囲にわたって適用することが可能になり（例えば連続するコントラストの増加）、投影レン
ズの開口サイズ（例えば、コーナーボックスおよびＡＮＳＩコントラスト）を小さくすることによってスクリーン上のコントラストを同時に改善できる。

ダイナミックレンジマッピングの実施形態
図５および６は、画像処理の１つの例および実施形態を示し、この場合、ダイナミックレンジマッピングは、調整可能なアイリスおよび／または調整可能な光（例えばレーザおよび／またはＬＥＤ）のシステムを備えることができるシステムで起こり得る。これらのシステムは、現在のフレーム（または、前または後のいくつかのフレーム）を用いてアイリスまたはＬＥＤの設定を決定できる。いくつかのそのようなシステムでは、全体的なシーンの情報を有することが可能でないことがあり、そのため、視聴者の体験に不利に作用する調整が行われることがある。視聴者の体験を改善するために、ディスプレイ管理を向上させる情報の獲得を利用するアルゴリズムを用いることが可能であり得る。

図５は、複数の実施形態を例示するダイナミックレンジマッピング５００を示している。入力された画像コンテンツ（５０１）の可能な完全ダイナミックレンジ（最低から最高まで）は、特に広いことがある。レンダリングされる現在コンテンツのダイナミックレンジを５０４に示しているとすると、この場合のコンテンツは極めて明るいコンテンツをレンダリングするよう求めている。しかしながら、コンテンツ内のダーク値も同じように比較的明るくレンダリングされる。ディスプレイシステムは、輝度レベルを範囲５０６に調整して（例えば、本明細書に記載した調光技術（アイリスおよび／または調整可能な光源を用いて）、レンダリングに適切となり得る最高値を含むさらに高いダーク値を達成することが可能であり得る。

図６は、本明細書に記載したプロジェクタシステムに対する画像処理に作用するのに適切となり得る方法の１つの実施形態である。特に、図６は、例としての処理および包括的に光を変調する能力を有する本ディスプレイシステムにおける光変調経路を例示している。いくつかの実施形態では、処理経路は、包括的変調ドライバ（６０２）およびディスプレイ管理モジュール（６０４）を備え、両者はそれぞれ、ＬＤＲ画像をディスプレイスクリーン（６０６）上にレンダリングするために、投射経路内で光生成構成要素、光変調構成要素（６１２）、光制御構成要素（６１０）などを制御するように構成される。光変調構成要素（６１２）は、デジタル光処理（ＤＬＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）／液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ
Ｓｉｌｉｃｏｎ）／液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を基盤とする光変調構成要素であってよいが、これに限定されない。光制御構成要素（６１０）は、包括的開口、包括的アイリスなどであってよいが、これに限定されず、包括的光変調の設定によって部分的に制御される。ＬＤＲ画像は、広いダイナミックレンジの映像信号入力で受信され得るＶＤＲ入力画像内の入力コード値を知覚により正確に調整することによって、大幅に導き出される。

処理経路では、映像信号入力内のＶＤＲ入力画像が包括的変調ドライバ（６０２）によって分析されて、ＶＤＲ入力画像の輝度レベルの分布（例えば、ヒストグラム、表など）を決定し、かつ（包括的光変調が具体的に設定された状態にあるＬＤＲの例である）光学ダイナミックレンジウィンドウを決定し、このウィンドウに対してＶＤＲ入力画像内の入力コード値がマッピングされる。光学ダイナミックレンジウィンドウの決定は、包括的光源モジュール（６０８）および／または包括的開口、包括的アイリスなどの包括的光変調構成要素によって生成される絶対的な最低および最高の輝度レベルを決定することを含む。包括的変調ドライバ（６０２）は、光源制御動作を実施するとともに、包括的光変調構成要素（６１２）の制御動作を実施し、かつ（ＶＤＲ入力画像に対応する）ＬＤＲ画像をディスプレイスクリーン（６０６）上にレンダリングするために１つ以上の局所的な変調層に照射する光の総量を変調するように構成され得る。いくつかの実施形態では、包括的
変調ドライバ（６０２）は、包括的または局所的な光変調の一部としてレーザ変調制御を実施するようにも構成され得る。

図６のディスプレイ管理モジュール（６０４）は、光学ダイナミックレンジウィンドウの最低および最高輝度レベルなどのディスプレイ管理モジュールの入力パラメータを連続的に更新するように構成され得る。いくつかの実施形態では、光学ダイナミックレンジウィンドウの最低および最高輝度レベルは、画像から画像への包括的光変調の設定に応じて変動する。包括的光変調の特定の設定は、特定のＶＤＲ入力画像の画像データに左右され、かつ、特定の最低および最高輝度レベルおよび光学ダイナミックレンジを生み出すための特定の状態で光源モジュール（６０８）および光変調構成要素（６１２）を配置するために使用される。

図６のディスプレイ管理モジュール（６０４）は、ＶＤＲ入力画像内の入力コード値と対応するＬＤＲ画像内の出力コード値との間で連続的な調整を実施するように構成され得る。ディスプレイ管理モジュール（６０４）は、ＶＤＲ入力画像内の入力コード値を、ＶＤＲ入力画像に基づいて決定された特定の光学ダイナミックレンジウィンドウの中で知覚によりマッピングするように構成され得る。ディスプレイ管理モジュール（６０４）によって生成または決定された画素調整を用いて、画素レベルまたは画素ブロックレベルで光変調構成要素（６１２）を制御し、ＶＤＲ入力画像に対応している知覚的に正しいＬＤＲ画像をディスプレイスクリーン（６０６）上にレンダリングできる。

「ポンピング」アーチファクト（例えば、連続的なダイナミックレンジウィンドウにおける意図していない振動または絶対的な最低および最高輝度レベルの突然のシフトなど）を避けるため、２つの異なるダイナミックレンジウィンドウが、知覚的な意味で突然ではなく互いに比較的段階的に、例えば０．５秒、１秒、３秒などの時間間隔で移行できるように、一時的な減衰を適用できる。

ディスプレイシステムは、ＶＤＲ入力画像に対するダイナミックレンジウィンドウを決定／選定し、かつダイナミックレンジウィンドウ内で知覚的に保存するための入力コード値の範囲を特定／決定するように構成され得る。例えば、ディスプレイシステムは、ＶＤＲ入力画像の輝度レベルの分布を決定し、輝度レベルの分布でできる限り多くを範囲に含めるためのダイナミックレンジウィンドウを選定し、ディスプレイシステムの包括的光変調能力に基づいて、包括的光変調の特定の設定を決定してダイナミックレンジウィンドウを生み出すことができる。輝度レベルの分布における輝度レベルは、異なるように重み付けされてもよい。画素数が比較的多い輝度レベルは、画素数が比較的少ない他の輝度レベルよりも比較的高い重みを割り当てられる。ディスプレイシステムは、画素数が比較的多いより高い輝度レベルを範囲に含めるためのダイナミックレンジウィンドウを選定するためにバイアスをかけられてもよい。さらに、ディスプレイシステムは、輝度レベルの分布を利用して、ダイナミックレンジウィンドウ内で知覚的に保存するための入力コード値の範囲を特定できる。

ディスプレイシステムは、知覚的保存のための入力コード値の範囲外にある「範囲外」画素数を最低にし、および／または輝度の圧縮を必要とするレベル数を最低にするように構成され得る。ディスプレイシステムは、（例えば、米国カリフォルニア州サンフランシスコ所在のＤｏｌｂｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社が開発したものなどを含むがこれに限定されないトーンマッピング、ディスプレイ管理動作を介して）輝度の圧縮を必要とした輝度レベル数を最低にするように構成され得る。

ディスプレイシステムは、範囲内の画素の入力コード値を出力コード値に対して知覚により正確に調整でき、トーンマッピングなどを介して圧縮された輝度レベルを用いて範囲
外の画素の入力コード値を出力コード値に対してマッピングできる。

ＶＤＲ入力画像の少なくとも目立った部分を範囲に含めるための光学ダイナミックレンジウィンドウを選定する動作、および包括的光変調の設定を設定するための動作は、相関関係にある。ダイナミックレンジウィンドウを連続的に選定し、包括的光変調の設定を設定するために、ディスプレイ管理モジュール（６０４）と包括的変調ドライバ（６０２）との間にはフィードバックループが実装されてもよい。その結果、ＶＤＲ入力画像の全体的な輝度レベルが時間の経過とともに変化したときでも、知覚的に正しい画像を維持できる。

ＶＤＲ入力画像の範囲内画素のＶＤＲ輝度レベルは、知覚的保存のために確保されたダイナミックレンジウィンドウの１つ以上の部分のＬＤＲ輝度レベルによって知覚的に維持され得る。ディスプレイシステムで受信したＶＤＲ入力画像のダイナミックレンジに応じて、ＶＤＲ入力画像の一定のＶＤＲ輝度レベルが、選定されたダイナミックレンジウィンドウの外部に依然としてあり、それによって依然としてクリップされたまたは圧縮されたままで終わることが可能である。何らかのＶＤＲ輝度レベルのクリッピングおよび圧縮は、ディスプレイ管理のために確保されたダイナミックレンジウィンドウのいくつかの部分でそれらのＶＤＲ輝度レベルをＬＤＲ輝度レベルにマッピングすることによって、知覚的に隠すことができる。所与の時間に、ディスプレイ管理のために確保されたダイナミックレンジウィンドウのゼロ以上の部分および知覚的保存のために確保されたダイナミックレンジウィンドウの１つ以上の部分が、ダイナミックレンジウィンドウ全体を構成する。

包括的調光を用いる二重変調器プロジェクタシステム
本明細書に開示したように、包括的調光の機構と単一の変調器プロジェクタシステムとの組み合わせが単一の変調器を提供するため、前段のプロジェクタシステムは単一の変調器を備えていた。

図７は、光源７０２（およびこの実施形態では、様々な一組のレーザ光源７０２−１、７０２−２、７０２−３、７０２−１’、７０２−２’および７０２−３’）を備える二重変調器ディスプレイシステム７００の１つの実施形態であり、この光源は、インテグレートロッド７０４−１で結合され、アイリス７０４によって包括的に調光されることができ、パイプ７０４−２を通って進み続ける。光路７０３は、３つのチップ変調器７０８−１、７０８−２、７０８−３を備えることができる第１の変調器（例えば予備変調器）７０８に照射する前に光学構成要素７０６を有していてもよい。第１の変調器７０８は、予備変調画像（あるいは、ハイライト変調器としてのハイライトも）を形成して、第２の変調器および／または主変調器７１６に対する光フィールドを作ることができる。第２の変調器／主変調器７１６の前に、光は、光学構成要素７１０および７１４を備えることができる光学アセンブリ７１２を通ってぶれることがある。言及したように、第１の変調器７０８は、例えば、ハーフトーン予備変調器、ハイライト変調器、またはこれらを任意に組み合わせたものなどの多くの光処理に作用できる。

光は、所望通りにオフ状態の光１および２に減衰され得る。所望の光が投射画像の照射７１３まで進むと、この光はプロジェクタレンズシステム７１８を通過して最終的に見える投射画像を生み出すことができる。明記したように、様々な構成要素は、第１および第２の変調器（７０８および７１６）、光源（７０２）ならびにアイリス（７０４）自体を含む制御装置７２０の制御を受けることができる。

図８は、図７に示した二重変調器システムのさらに別の実施形態だが、光源８０２から来る光を、その構成色、例えば赤色（８０４−ｒ）、緑色（８０４−ｇ）および青色（８０４−ｂ）に仕切ることができ、各カラーチャネルをアイリス８０６ｒ、８０６ｇ、およ
び８０６ｂを介して別々に調光できる点を除く。図８にある要素の番号は、図７にある番号に続いている（例えば、図８にある第１の変調器８０８は、図７にある第１の変調器７０８と同じまたは同様の構成要素を備えていてよく、その他も同様である）。

図９は、二重／マルチ変調器プロジェクタディスプレイシステムのさらに別の実施形態である。図９のディスプレイシステムは、光路の最初の部分、例えば９０２、９０４−ｘ、９０６−ｘで、図８のそのような要素と対応する部分に関して、図８と実質的に同じ構成を備えることができる。この場合、結合されたビーム９０４を調整可能な偏光子９０５を用いて処理でき、この偏光子は偏光ビームスプリッタ９０６と合わせて使用されてよい。

スプリットビーム９０８をミラーアセンブリ９１０で予備変調器および／またはハイライト変調器９１２に反射させることができる。この第１の変調器９１２は、例えば前述の変調器７０８または８０８に関して言及したものと同じまたは同様の処理を含んでいてよい。１つの実施形態では、変調器９１２は、本明細書に記載したように変調器９１８に対して一様でない光フィールドを作ることができ、この光フィールドは、一様な光フィールドと結合され得る。変調器９１２は、この場合も予備変調器および／またはハイライト変調器であってよいことに注意されたい。１つの実施形態では、一様な光フィールドおよび一様でない光フィールドへ光を分割することが有用となり得る。なぜなら、その場合の変調器９１２は、画像の明るい領域（例えばハイライト）を生成する必要があるだけで、一様な照明が、変調器９１８が必要とする残りの光に対処できるからである。

画像データを受信した後、制御装置（図示せず）が一様でない光に対する一様な光の割合を算定でき、それに応じて調整可能な偏光子９０５を設定する。制御装置は、各カラーチャネルのシステムに入射するのに必要な光のみが所望の画像を形成できるようにアイリス９０６ｒ、９０６ｇおよび９０６ｂを制御することもできる。別の実施形態では、各カラーチャネルを別々に処理するためのディスプレイシステムを構築することが可能であってよく、例えば、この場合、各カラーチャネルに対して別々に制御するために９１８の前方にある素子９０５を複製してもよい。

以上、本発明の原理を説明する添付の図面を参照して読まれる本発明の１つ以上の実施形態の詳細な説明を記載してきた。本発明はそのような実施形態と合わせて説明されているが、本発明はどの実施形態に限定されるものでもないことを理解すべきである。本発明の範囲は、請求項に限定されるに過ぎず、本発明は、多くの代替案、修正および均等物を範囲に含める。本発明を徹底して理解してもらうために、本明細書には多くの特定の詳細を記載した。これらの詳細は例を目的として挙げたものであり、本発明は、これらの特定の詳細の一部または全部がなくとも請求項に従って実施され得る。明瞭にするため、本発明に関連する技術分野で公知の技術的な材料については、本発明を無駄に不明瞭にしないように詳細には説明していない。

Claims (14)

1. プロジェクタディスプレイシステムであって、該ディスプレイシステムは、
   光源と、
   制御装置と、
   調光器であって、該調光器は前記光源によって照明され、且つ前記調光器は前記光源からの光の量を調光すべく前記制御装置によって制御される、前記調光器と、
   第１の変調器であって、該第１の変調器は、前記調光器からの光に照明されるとともに前記制御装置から制御を受けて前記調光器からの光を変調可能である、前記第１の変調器と
   を備え、
   前記制御装置は、
   プロセッサと、
   メモリであって、該メモリが前記プロセッサと関連付けられており、前記メモリはプロセッサ可読命令をさらに含み、該プロセッサ可読命令は前記プロセッサが前記プロセッサ可読命令を読み込んだときに前記プロセッサに以下の命令を実行させる：
   画像データを受信する、前記画像データは拡張ダイナミックレンジ（ＥＤＲ）画像データを含み、
   前記調光器が前記光源からの光の所望の割合を前記第１の変調器に割り当てることができるように、前記調光器に制御信号を送信する、および
   前記光源からの光の前記所望の割合が所望のスクリーン画像を形成するべく変調されるように、前記第１の変調器に制御信号を送信する、前記メモリと
   をさらに備える、
   ディスプレイシステム。
2. 前記光源は、群のうちの１つを備え、該群は、キセノンランプ、アークランプ、レーザ、レーザのアレイ、固体発光体のアレイからなる、請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 前記光源はレーザのアレイを備え、前記レーザは、包括的かつ局所的に変調され得る、請求項２に記載のディスプレイシステム。
4. 前記調光器は、群のうちの１つを備え、該群は、調整可能なアイリスおよび調整可能な光源からなる、請求項１に記載のディスプレイシステム。
5. 前記第１の変調器は、群のうちの１つを備え、該群は、ＭＥＭＳアレイ、ＤＭＤアレイ、一組の制御可能なアナログミラーおよび一組の制御可能なデジタルミラーからなる、請求項４に記載のディスプレイシステム。
6. 前記システムは、
   一組のレーザ光源と、
   調整可能なアイリスであって、前記アイリスは、前記レーザ光源によって照明される、前記アイリスと
   をさらに備え、
   前記調整可能なアイリスは、結合された前記一組のレーザ光源によって照明される、請求項５に記載のディスプレイシステム。
7. 前記システムは、
   一組のカラーレーザ光源と、
   各色に対して、前記一組のカラーレーザ光源からの該当するカラー光に光路を提供する
   光管と、
   各光管に対して、それに関連するカラーレーザ光の輝度を調整できる調整可能なアイリスと、
   光結合器であって、それぞれの関連する調整可能なアイリスを通過するそれぞれの前記カラーレーザ光を結合できる、光結合器と
   をさらに備える、請求項５に記載のディスプレイシステム。
8. 前記システムは、全カラー光源から結合された光を受け入るとともに前記第１の変調器に光を伝播するインテグレートロッドをさらに備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
9. 前記システムは、前記インテグレートロッドの前に配置されたＬＣＤスタックをさらに備え、該ＬＣＤは、前記インテグレートロッドに入射する光を変調できる、請求項８に記載のディスプレイシステム。
10. 前記インテグレートロッドは区切られており、前記インテグレートロッドの各セグメントは関連するＬＣＤスタックをさらに備える、請求項９に記載のディスプレイシステム。
11. プロジェクタディスプレイシステムであって、該ディスプレイシステムは、
    光源と、
    制御装置と、
    調光器であって、該調光器は前記光源によって照明され、且つ前記調光器は前記光源からの光の量を調光すべく前記制御装置によって制御される、前記調光器と、
    第１の変調器であって、該第１の変調器は、前記調光器からの光に照明されるとともに前記制御装置から制御を受けて前記調光器からの光を変調可能である、前記第１の変調器と、
    第２の制御装置であって、該第２の制御装置は前記第１の変調器からの光に照明されるとともに前記光を変調可能である、前記第２の制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    プロセッサと、
    メモリであって、該メモリが前記プロセッサと関連づけられており、前記メモリはプロセッサ可読命令をさらに含み、該プロセッサ可読命令は前記プロセッサが前記プロセッサ可読命令を読み込んだときに前記プロセッサに以下の命令を実行させる：
    画像データを受信する、前記画像データは拡張ダイナミックレンジ（ＥＤＲ）画像データを含み、
    前記調光器が前記光源からの所望の割合の光を前記第１の変調器に割り当てることができるように、前記調光器に制御信号を送信する、および
    前記光源からの光の前記所望の割合が所望のスクリーン画像を形成するべく変調されるように、前記第１の変調器および前記第２の変調器に制御信号を送信する、前記メモリと
    をさらに備える、
    ディスプレイシステム。
12. 前記光源は、複数のカラー光源からなり、前記複数のカラー光源からの光は前記調光器に照射する前に結合される、請求項１１に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
13. 前記光源は、複数のカラー光源からなり、前記複数のカラー光源からの光は対応する調光器に照射し、さらに、
    それぞれの対応する調光器からの光は、前記第１の変調器に照射する前に結合される、
    請求項１１に記載のプロジェクタディスプレイシステム。
14. 前記プロジェクタディスプレイシステムは、
    調整可能な偏光子であって、該調整可能な偏光子は偏光される光の量を調整すべく前記制御装置によって制御可能である、前記調整可能な偏光子と、
    偏光ビームスプリッタであって、該偏光ビームスプリッタは前記調整可能な偏光子によって偏光された光の量を主要な光ビームから分割可能である、前記偏光ビームスプリッタと
    をさらに備え、
    さらに、前記偏光ビームスプリッタによって分割された光は前記第１の変調器に照射し、前記第１の変調器からの光は前記主要な光ビームと再結合され、再結合されたビームは前記第２の変調器に照射する、
    請求項１１に記載のプロジェクタディスプレイシステム。