JP3893168B2 - ディスプレイシステムおよび作動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に空間光変調器を含むようなイメージングシステムに関し、特に変動するデータフレームレートを有する入力データからシーケンシャルカラーイメージングを実施する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間光変調器（ＳＬＭ）はビデオモニター、グラフィックディスプレイ、プロジェクタ、およびハードコピープリンタ産業において広く使用されている。ＳＬＭは入射光を電気もしくは光入力に対応する空間パターンへ変調する装置である。入射光はその位相、強度、偏光、もしくは方向を変調することができる。この光像はプロジェクタ、ビデオモニターもしくはディスプレイの場合には画面へ向けられて焦点が合わせられ、ゼログラフィックプリンタの場合には、ホトリセプタドラム等の、感光材料上に終局的に焦点が合わせられる。
【０００３】
光変調はさまざまな電気光学もしくは磁気光学効果を示すさまざまな材料、および表面変形により光を変調する材料により達成することができる。他の空間光変調器は位置決め可能な画素（ピクセル）アレイからなるとても小さなマイクロ機械装置を含むことができる。光像はプロジェクタ、モニター、テレビ等の画面上に表示する場合には着色することができる。この着色は代表的には２つの方法の一方により行われ、非シーケンシャルカラーシステムを使用するか、もしくはシーケンシャルカラーシステムを使用することである。非シーケンシャルカラーシステムでは、赤、緑および青色光等の、多数のカラー光が同時に発生される。非シーケンシャルカラーシステムの１例が同じ譲受人による１１／０１／９３に出願された特許出願第０８／１４６，３８５号“ＤＭＤディスプレイシステム”で検討されており、その教示するところが参照としてここに含まれている。シーケンシャルカラーシステムでは、１つのイメージフレームにカラー光、すなわち赤、緑および青色光、を逐次投射することによりカラー像が発生され、それは６０ヘルツシステムについては代表的に１／６０秒継続される。シーケンシャルカラーシステムでは代表的に、赤、緑、および青セグメント等の、複数のカラーセグメントへ区画されているカラーホイール、もしくはそれらの複合／組合せが利用される。シーケンシャルの例は同じ譲受人による１／７／９４に出願された特許出願第０８／１７９，０２８号“シーケンシャルカラーイメージング方法および装置”に開示されており、その教示するところが参照としてここに含まれている。
【０００４】
テキサス州ダラスのテキサスインスツルメンツ社が最近考案したイメージングシステムは、可変形ミラーデバイスとも呼ばれる、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として知られている個別のマイクロ機械素子アレイを有するＳＬＭを使用している。ＤＭＤはディスプレイ、プロジェクタおよびハードコピープリンタで使用するのに適した空間光変調器である。ＤＭＤは中心間１７ミクロンの１６ミクロン四方の可偏向マイクロミラーの高密度アレイからなるモノリシックシングルチップ集積回路である。これらのミラーはＳＲＡＭセルアレイおよびアドレス電極を含むアドレス回路上に製作される。各ミラーがＤＭＤアレイの１ピクセルを形成しまたデバイステーブルである、すなわち２つの位置の一方で安定である。ミラーアレイへ向けられた光は各ミラーにより２つの方向の一方へ反射される。１つの安定な“オン”ミラー位置において、そのミラーへの入射光は投射レンズへ向けて反射されディスプレイ画面やプリンタの感光素子上に焦点が合わされて、ミラー／ピクセル像を形成する。“オフ”ミラー位置では、ミラーへ向けられた光は光アブソーバへ向けて偏向される。アレイの各ミラーは入射光をプロジェクタレンズもしくは光アブソーバのいずれかへ向けるように個別に制御される。ディスプレイの場合には、プロジェクタレンズおよび光プリズムによりピクセルミラーからの変調された光像が終局的にディスプレイ画面上へ焦点を合わされて拡大され可視像が得られる。ＤＭＤアレイの各ピクセルミラーが“オン”位置であれば、表示される像は明るいピクセルのアレイとなる。
【０００５】
ＤＭＤデバイスの詳細な検討については、各々を本発明と同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている、Ｈｏｒｎｂｅｃｋの米国特許第５，０６１，０４９号“空間光変調器および変調方法”；ＤｅＭｏｎｄの米国特許第５，０７９，５４４号“標準独立デジタル化ビデオシステム”；およびＮｅｌｓｏｎの米国特許第５，１０５，３６９号“プリンティングシステム露光モジュールアライメント方法および製作方法”を参照されたい。像を形成するピクセルの階調は本発明と同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている米国特許第５，２７８，６５２号“パルス幅変調ディスプレイシステムに使用するＤＭＤアーキテクチュアおよびタイミング”に記載されているようなミラーのパルス幅変調技術により達成することができる。
【０００６】
非シーケンシャルカラーシステムでは、１１／０１／９３に出願され同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに含まれている特許出願第０８／１４６，３８５号“ＤＭＤディスプレイシステム”に開示されているように、３個のＤＭＤアレイを、赤、緑、および青色光に１個づつ、カラー光の変調に使用することができる。これに対して、シーケンシャルカラーシステムではこのようなＤＭＤデバイスは１個しか必要とせず、赤、緑、および青色光が１個のＤＭＤアレイにより逐次変調され画面へ反射される。非シーケンシャルカラーシステムではこのようなアレイを３個必要とするため要求されるＤＭＤアレイおよび付随するハードウェアがシーケンシャルカラーシステムの３倍となるが、ディスプレイの明るさが増す。したがって、シーケンシャルカラーシステムと較べた場合に非シーケンシャルカラーシステムの複雑さ、コストおよび性能はトレードオフの関係にある。
【０００７】
シーケンシャルカラーシステムの場合には、本発明の譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている、Ｎｅｌｓｏｎ等の米国特許第５，１０１，２３６号“光エネルギ制御システムおよび操作方法”に開示されているように代表的には１個の光源が使用される。代表的には、これらのランプはキセノンもしくはメタルハライドアークランプ、もしくはレーザとすることができる。このアークランプはＡＣもしくはＤＣ電源により給電することができる。
【０００８】
従来のディスプレイシステムでは、ディスプレイのビデオフレームレートすなわちリフレッシュレートは代表的に６０ヘルツ（Ｈｚ）、すなわち６０フレーム／秒である。しかしながら、入（ソース）データフレームレートは６０フレーム／秒とは異なることがある。例えば、代表的なＮＴＳＣ信号は６０ヘルツでビデオフレームデータを供給するが、ＰＡＬシステムに対するビデオソースフレームレートは５０ヘルツである。一方、ビデオやコンピュータグラフィックデータは６０ヘルツ以外の多くのフレームレート、代表的には７２ヘルツ、で受信される。
【０００９】
代表的に、６０ヘルツシーケンシャルカラーディスプレイシステムにおいて入力フレームレートが６０ヘルツから逸脱する場合には、入力ソースビデオと出力カラーシーケンシャルディスプレイレート間の帯域幅の不整合によりビデオをディスプレイする前にデータを廃棄すなわち濾波（例えば、平均化）しなければならない。７２ヘルツ入力に対して７２ヘルツでビデオをディスプレイするのではなく、入データを廃棄すなわち濾波して６０ヘルツビデオディスプレイフレームレートが維持される。データを廃棄すると動きアーチファクトが発生する。データを濾波すると部品およびシステムコストが付加される。５０ヘルツ等の遅いディスプレイレートと同期作動する遅いレートで入ビデオデータが受信されると、画面が十分明るい場合にディスプレイに顕著なフリッカが生じる。したがって、データは６０ヘルツディスプレイレートを維持するように平均化される。このようにして、持続される同期動作は高品質ビデオに十分なものとはならない。
【００１０】
データがビットプレーンフォーマットで表示されるためにＤＭＤディスプレイシステムにはさらに問題が生じる。データのカラーシーケンシャルディスプレイを行う場合の入出力フレームレート不整合の１つの解決策はフレームバッファーからデータを非同期的に読み取ることである。しかしながら、任意のカラーセグメント期間中に２つの異なるフレームからのデータが表示されることがあるため、これら２つのフレームからのビットプレーン情報が混合されることがある。ビットプレーンの混合によりパルス幅変調技術を使用して１ビデオフレーム期間中のミラーの“オン”時間を決定する場合に特にＭＳＢ付近の遷移コードの信号対ノイズ比が著しく劣化することがある。これを確認するために、図１において、各カラーセグメントの前半全体にわたってＭＳＢが表示される、ビット分割の無い、８ビットカラーコードのＤＭＤについて考える。ソースからのピクセルコード８０ｈｅｘ（ｍｉｄｓｃａｌｅ）に少量のノイズがある場合、このカラーセグメント期間中に２つの異なるフレームが表示される場合にはカラーセグメントの前半中に７Ｆｈｅｘ後半に８０ｈｅｘを表示することができる。００ｈｅｘのコードが表示されて図１に示すようにディスプレイ上にハーフスケールエラーが生じる。これは極端な例であるが、カラーセグメント期間中にビット分割を行っても、フレームレート変換のための非同期フレームバッファ方法を使用する場合には著しいノイズが発生する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
入力ソースビデオフレームレートが６０ヘルツでない場合でも、ビデオデータを廃棄、濾波もしくは平均化することなく６０ヘルツの出力カラーシーケンスディスプレイフレームレートを維持することが望ましい。さらに、ＤＭＤ応用については、カラーシーケンスレートを強制的にソースビデオフレームレートへ整合させることなくカラーセグメント期間中のフレーム間ビットプレーン混合による信号対ノイズ比の劣化を解消することが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は複数のカラーセグメントを有するカラーホイールを使用することによりソースフレーム遷移時間が常にカラーセグメント遷移時に生じるがカラーセグメントの中間でも生じることができるようにしてディスプレイシステムとしての技術的利点を達成しようとするものである。すなわち、カラーホイールレートおよびソースビデオフレームレートは常に整数の比率となる。このようにして、経時的に、ソースフレーム遷移時間はカラーセグメント周りを回転してＤＭＤディスプレイのデータ廃棄、処理の濾波、およびフレーム間ビットプレーンの混合を容易に無くすことができる。比率は正確に維持されてソースビデオレートは６０ヘルツとは異なるがカラーシーケンスレートはおよそ６０ヘルツに維持することができる。例えば、入力ソースビデオレートがＰＡＬフォーマット信号で代表的な５０ヘルツであれば、カラーホイールはおよそ５８．３３ヘルツで回転し、入力ソースビデオレート対カラーホイールレートは６対７の整数比である。入ソースビデオレートがビデオやコンピュータグラフィックデータで代表的な７２ヘルツであれば、カラーホイールは６０ヘルツで回転する。これは６対５の整数比に対応する。このようにして、入データのソースフレーム遷移時間は常にカラーホイールのカラーセグメント遷移時もしくはカラーセグメントの中間で生じる。好ましくは、カラーホイールは２つの赤と、２つの緑と、２つの青セグメントからなる６セグメントを有し、好ましくはそれはホイール周りを交番するが、同色の少なくとも２つのセグメントを互いに隣接することができる。
【００１３】
本発明の実施例では、ディスプレイシステムは空間光変調器と、光を送る光源と、あるホイールレートで回転して光を着色するカラーホイールとを具備し、このカラー光により空間光変調器が照光される。論理回路があるフレームレートでデータのフレームを受信してこのデータを空間光変調器へ通信する入力を有している。制御回路がフレームレートを検出し、フレームレートに対して整数の比率を維持するようにカラーホイールレートを調整する。カラーホイールは多数のカラーセグメントを有し、フレームレートがホイールよりも低いか高い場合に、１つ以上のセグメントを除けば、各セグメントはデータの各フレームについて等時間光源により照光される。しかしながら、表示されるデータの入フレーム間の遷移時間は常に光源により照光される１対のカラーセグメント間、もしくはカラーセグメントの中間で生じてアーチファクトの発生が回避される。
【００１４】
好ましくは、カラーホイールは複数対のカラーセグメントを有し、少なくとも１つを除く各セグメントは入フレームレートが所定のフレームレートよりも低い場合に入データの各フレームに対して照光される。入フレームレートが所定のホイールレートよりも高い場合には、入データの１フレームを表示しながら少なくとも１つのセグメントが他のカラーセグメントよりも１回余計に照光される。すなわち、Ｎ個のカラーセグメントを有するカラーホイールについて、入フレームレートが所定のホイールレートよりも低い場合にはＮ−１個のセグメント、Ｎ−２個のセグメント等の各データフレームが照光されるが、入フレームレートが所定のホイールレートよりも高い場合にはＮ＋１個のセグメント、Ｎ＋２個のセグメント等の各データフレームが照光される。実施例では、入フレームレートが所定のホイールレートよりも低い場合のホイールレート対入フレームレートの比率は７対６である。しかしながら、入フレームレートがホイールレートよりも高い場合のホイールレート対入フレームレートの比率は５対６である。入フレームレートが所定のホイールレート、すなわち６０ヘルツ、であれば比率は１対１となって整合する。
【００１５】
制御回路により入データのフレームの垂直同期レートの関数であるレートでホイールモータ同期出力が供給される。垂直同期レートが所定のレートから逸脱する場合には同期出力レートは垂直同期レートに等しくはならず、ホイールレートは同期出力の関数となる。しかしながら、入フレームレートが所定のレートに等しければ同期出力レートは垂直同期レートと同じとなる。
【００１６】
シーケンシャルディスプレイシステムの作動方法は複数のカラーセグメントを有し、あるホイールレートで回転している、カラーホイールを利用して空間光変調器を照光する光源光を着色することからなっている。着色された光はあるフレームレートで受信されるデータのフレームに従って空間光変調器により変調される。ホイールレートはフレームレートに対して整数の比率となるように制御され、入フレームレートが所定の所望するホイールレートと同じである場合を除き整数の比率は１対１以外とされる。好ましくは、カラーホイールは少なくとも異なる３色の少なくとも６つのカラーセグメントを有して実現される。ソースデータのフレーム間の遷移時間は常にホイールカラーセグメント間の遷移が光源光に非常に近いか、もしくはカラーセグメントの中間が光源に非常に近い場合に生じる。
【００１７】
入データフレームレートに対するカラーホイールレートの整数の比率を保証することにより、データの入フレームを表示してデータのフレーム間の遷移時間がホイールカラーセグメントの界面で生じるようにすることができる。またこの遷移時間はカラーセグメントの中間で生じることもできる。ホイールカラーセグメント間の界面は一般的にスポークとして知られている。本発明はスポークが入データフレームレートとの同期を維持するスポーク同期フレームレートディスプレイシステムである。入フレームレートおよびホイールレートが整合しない場合には、データの入フレームの遷移点は異なるカラーセグメント境界に生じる。６つのスポークを有する６カラーセグメントについて、各スポークは６回転毎にデータの入力フレームに対する遷移点と逐次整合するように同期化される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に図２を参照して、本発明の実施例によるシーケンシャルカラーイメージングディスプレイシステムを一般的に１０に示す。システム１０は一般的に１２に示し線１６に与えられるビデオソース１４の垂直同期ＶＳＹＮＣ信号に応答する制御回路と、一般的に１８に示し線２０を介してソース１４から供給される入ビデオデータのフレームに接続されてそれに応答する論理回路を含んでいる。
【００１９】
線２０を介してソース１４から供給されるビデオデータの入フレームはデータフォーマッタ２２によりフォーマット化される。このデータが既にデジタル領域内にない場合には、図示せぬ、アナログ／デジタル回路により変換された後でフォーマット化される。本発明の説明を容易にするために、線２０を介して供給される入ビデオデータは既にデジタル領域内にあるものとする。データフォーマッタ２２はこのデジタルデータ流をフォーマット化し、このデータのフレームを、ＤＲＡＭ ＡおよびＤＲＡＭ Ｂとして示す、１対のＲＡＭメモリバンク２６および２８へ交互に書き込む。データのこれらのフレームをメモリバンク２６および２８へ交互に書き込むために、Ｄフリッブフロップ回路３０を利用してメモリバンク２６および２８を交互にイネーブルしフォーマッタ２２から線３２を介してそれぞれイネーブルされたメモリバンク２６もしくは２８へデータを書き込めるようにする。すなわち、入力線３４を介して回路３０のクロック入力へ供給される各ＶＳＹＮＣパルスに対して、交番するメモリバンクの出力イネーブル線ＯＵＴＰＵＴ ＥＮおよびライトコントロール線ＷＲＩＴＥがイネーブルされる。
【００２０】
ＤＭＤ制御回路４０が表示されるデータの連続フレームについてこれら２つのメモリバンク２６および２８から交互にデータを読み取る。データは線４２を介して出力され４４に示すＤＭＤ空間光変調器のメモリセルへ書き込まれる。ＤＭＤ制御回路４０はそれに応答して一般的に５０に示すカラーホイールの照光されているカラーセグメントに同期化される。これはホイール５０が回転して基準点５３を通過する度に光センサ５２を利用して感知することにより行われる。センサ５２は基準信号すなわちカチカチ音を線５４を介してＤＭＤ制御回路４０へ送り回路４０が一方のメモリバンク２６もしくは２８からＤＭＤデータ４４へデータを書き込むシーケンス開始を起動させる。線５４上の基準信号を感知することにより、ＤＭＤ制御回路４０はレンズ５８により焦点を合わせて光源５６により現在照光されているカラーセグメントに対応する一方のメモリバンク２６もしくは２８からのデータを読み取るように同期化される。ランプドライバ回路６０が光源５６の照光を制御する。このようにして、ＤＭＤ制御回路４０はホイール５０のどのカラーセグメントが照光されているかに対応する赤、緑もしくは青データに関連するデータを読み取り、カラーデータをＤＭＤ４４へロードする。このようにして、ＳＬＭ４４のピクセルミラーは光源光が赤か、緑か、あるいは青かに応じてアレイへ入射するカラー光を変調する。ＤＭＤ４４を均質に照光するのにレンズ６２が利用され、ＳＬＭ４４により形成される光像を画面６８上へ焦点合わせするのに投射レンズ６６が使用される。
【００２１】
これまで説明してきたデータライトアルゴリズムおよび装置は従来の技術の節において参照として組み入れられている同じ譲受人による特許および特許出願で詳細に検討されており、従来技術でよく理解されている。フォーマッタ２２が受信する各フレームのデータ量に応じて、２つ以上のメモリバンクを利用することができＤＭＤ制御回路４０により制御することができる。一方のバンクの書き込み中に他方のバンクを読み取りできるように少なくとも２つのメモリバンクが利用される。すなわち、一方のメモリバンクの内容が線４２を介して選択的にアンロードされＤＭＤ４４へ供給されてＤＭＤミラーアレイ４４を照光する入射カラー光が変調され、ＤＭＤ４４へロードされるデータの次のフレームが他方のメモリバンクへ書き込まれる。
【００２２】
本発明の実施例に従って、次に制御回路１２について詳細に検討する。基本的に、制御回路１２は連続する垂直同期ＶＳＹＮＣパルス間の期間を検出かつ算出してソース１４から供給されるビデオデータのフレームレートを決定する。データフレームレートが所定の６０ヘルツ以外であることが確認されると、回路１２によりカラーホイール５０は入データのフレームレートに対して整数の比率の回転速度を有するようにされる。回路１２により入力線２０へ供給される入データのフレーム間の遷移時間が、ホイール５０の隣接するカラーセグメント間の界面である、６つのスポークの中の１つが光源５６により照光される時間に対応するよう保証される。また回路１２はカラーセグメントの中心でフレーム遷移が生じるよう保証することができる。セグメントはフレーム遷移時に照光することができる。
【００２３】
入データフレームレートが５０ヘルツ、すなわちＰＡＬ信号、である場合にはカラーホイール５０は５８．３３ヘルツで回転し、入データフレームレート対カラーホイールレートは６対７の比率である。入データレートが７２ヘルツである、すなわちコンピュータグラフィックスデータに対応する、場合にはカラーホイール５０は６０ヘルツで回転し、それは６対５の比率である。もちろん、入信号の他のフレームレートについては、およそ６０ヘルツのディスプレイレートを維持しながらさまざまな比率を確立することができる。カラーホイール５０が６つのカラーセグメントへ区画され、２つの赤セグメントと、２つの緑セグメントと２つの青セグメントを有するため、入力線２０を介して供給されるデータのフレーム間の遷移時間はホイール５０の６つのスポークの中の１つが光源５６およびレンズ５８により照光されている時間に対応する。これについては次にさらに例を挙げて検討する。
【００２４】
さらに図２を参照して、制御回路１２は位相比較器回路７０を含んでいる。位相比較器回路７０は出力線１６を介して供給され連続的に感知される垂直同期ＶＳＹＮＣパルスの期間を線７１を介してセンサ５２から供給されるホイール同期パルス間の期間に対して感知し、線７３を介してエラー信号を供給する。比率ベース速度制御論理回路７２が線７３を介してこの位相比較器回路７０が出力するエラー信号に応答する。速度制御論理回路７２は線７４を介してモータ巻線制御および駆動回路７６へ出力を与え、それは次に線７８を介してホイールモータ８０へ制御信号を送る。垂直同期ＶＳＹＮＣパルス間の期間が１６．６６ミリ秒の持続時間を有することを位相比較器回路７０が感知すると、速度制御論理回路７２はモータ巻線制御および駆動回路７６にモータ８０を６０ヘルツで回転するよう指令して、線７３上にゼロエラーを維持する。この状況において、カラーホイール５０は入データレートと同期して６０ヘルツで回転する。
【００２５】
連続する垂直同期ＶＳＹＮＣパルスが、ＰＡＬシステムにおいて代表的な５０ヘルツに対応する、２０ｍｓ期間を有することを位相比較器回路７０が感知し、ホイール同期パルスがおよそ１６．６６ｍｓの期間を有する場合には、線７３を介して位相比較器回路７０から負のエラーが出力される。比率ベース速度制御論理回路７２はモータ巻線制御および駆動回路７６へモータ８０を５８．３３ヘルツへ減速するよう命令することにより負のエラーへ応答し、それは線７３を介して位相比較器回路７０から所定の負のエラーが出力され制御論理７２により感知されるまでモータ８０を減速させて行われる。
【００２６】
最後に、垂直同期ＶＳＹＮＣパルスが、コンピュータグラフィック情報およびデータにおいて代表的な７２ヘルツに対応する、１３．８８ミリ秒であることを位相比較器回路７０が感知しホイール同期期間がおよそ１６．６６ｍｓである場合には、位相比較器回路７０から正のエラーが発生される。速度制御論理７２はモータ巻線制御７６へモータ８０を６０ヘルツで回転するよう命令することにより正のエラーへ応答し、それは線７３を介して位相比較器回路７０から所定の正のエラーが出力され制御論理７２により感知されるまでモータ８０およびホイール５０の速度を調整して行われる。要約すれば、制御回路１２によりモータ８０の速度が位相比較器回路７０からの感知されたエラー信号の関数として制御され線２０を介して供給されるデータのフレームレートに対して整数の比率であるホイールレートでカラーホイール５０を回転することが保証される。これは位相比較器回路７０からゼロエラー、もしくは所定の正あるいは負のエラーを確立して行われる。
【００２７】
例として、最初に図３Ａを参照して、データの入フレームが５０ヘルツで受信されかつＶＳＹＮＣの期間が２０ｍｓであれば、カラーホイール（図３Ｂ）は５８．３３ヘルツで回転され、入フレームレート／カラーホイールレートは７／６の比率である。８２に示す、表示されるデータの最初のフレームについては、ホイール５０の７つのカラーセグメントが照光される。表示されるデータ８２の最初のフレームについては、３つの青セグメントが照光され、２つの緑セグメントおよび２つの赤セグメントも照光される。８４に示す、データの第１フレームおよび第２フレーム間の遷移時間は、８６に示す、青および緑セグメント間のスポーク（界面）がランプ５６により照光されている時に生じることをお判り願いたい。８８に示す、データの第２のフレームを表示する場合には、３つの緑セグメントが照光され、２つの赤セグメントおよび２つの青セグメントも照光される。９６に示す、データ９０の第２フレームと第３フレームのディスプレイ間の時間遷移は緑および赤セグメント間のスポークすなわち界面９２が照光されている時に生じる。
【００２８】
ソースデータのフレーム間の時間遷移は常にホイール５０の１対のカラーセグメント間の界面すなわちスポークが照光されている時に対応することをお判り願いたい。カラーホイール５０が６つのセグメントへ区画され３対の異なるカラーセグメント、すなわち、赤、緑および青セグメント、を有するため整数の比率を維持することができる。入データフレームレートが６０ヘルツディスプレイレートよりも低い場合には、ホイールの１色のセグメントが他の２つのセグメントよりも１回余計に表示される。これはフレーム１に対する青色セグメント、フレーム２に対する緑セグメント、およびフレーム３に対する赤セグメントであり、このパターンはデータの引き続き表示されるフレームに対して繰り返される。データの連続フレームについては、１色のセグメントが他よりも１回余計に照光される。人間の目による色の蓄積（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）により、人間の目で観察できるようなアーチファクトは、データソースの種別に応じて、最小限となるかあるいは全然発生しなくなる。図２に示す例では、データフレーム１および４に対して青色セグメントが３回照光され、フレーム２および５に対して緑セグメントが３回照光され、フレーム３および６に対して赤セグメントが３回照光される。
【００２９】
ＤＲＡＭ ＡおよびＤＲＡＭ Ｂとして示すメモリブランク２６および２８の読取サイクルの開始は、８４および９６等に示すように、データのフレーム間の遷移に対応して示されている。
【００３０】
次に図４Ａを参照して、ソースフレームレートが６０ヘルツよりも大きい、すなわちコンピュータグラフィック情報に対応する７２ヘルツである、場合の本発明によるスポーク同期フレームレート変換プロセスを示す。この例では、カラーホイール（図４Ｂ）は６０ヘルツで回転され、ソースフレームレート対カラーホイールレートの５対６の比率が確立される。表示されるデータの第１フレームを１００に示し、データの第２フレームを１０２に示し、遷移時間を１０４に示す。時間の遷移１０４はスポークすなわち光源５６により照光されている緑および赤色セグメント間の遷移に対応している。表示されるデータの第１フレームについては、逐次提示される最初の５つのカラーセグメント、すなわち青、緑、赤、青および緑、が利用される。データの第２のフレームを表示する場合には、カラーホイールの最初の回転からの赤セグメントが利用され、したがってカラーホイールの第２の回転の次の４つの照光されたカラーセグメントが照光される。表示される各データフレーム間の時間遷移は常に１対のカラーセグメント間のスポーク（界面）に対応することが判る。さらに、表示されるビデオフレームレートはまだ６０ヘルツであり、カラーホイールレートに対応している。表示されるデータの各フレームについて、１色のセグメントは１回しか照光されず、他の２色のセグメントはそれぞれ２回照光される。
【００３１】
例えば、第１のデータフレームを照光する場合には、２つの青色セグメントが照光され、２つの緑色セグメントが照光されるが、赤色セグメントは１回しか照光されない。赤色セグメントが次回照光されるのはデータの第２のフレームが表示される時である。図３Ａの例と同様に、他の２つのカラーセグメントよりも多いもしくは少ない回数照光されるセグメントの色はデータフレーム毎に変化する。ここでも、人間の目による色の蓄積により人間の目が知覚する可視アーチファクトは最小限とされるかゼロとされる。図示するように、データフレーム間の時間遷移がカラーホイールに関してどこで生じるかを示すパターンがホイールの５回転毎に繰り返される。
【００３２】
本発明によりソースデータフレームレートをカラーホイールのさまざまなスポークと同期させることにより技術的利点が達成される。このようにして、フレームからフレームへの遷移時間は常にカラーホイールのスポークに関連して生じる。ビデオデータが表示される前にデータが廃棄されたり濾波されることはない。入力ソースビデオと出力シーケンシャルカラーディスプレイ間の帯域幅の不整合が調整され、カラーセグメント期間中にフレーム間ビットプレーンを混合する必要はない。ビデオフレームレートはまだおよそ６０ヘルツに維持されており、人間の目により知覚されるアーチファクトは最小限もしくはゼロとなる。
【００３３】
特定の実施例について本発明を説明してきたが、当業者であれば本出願書を読めばさまざまな変更や修正が自明であると思われる。したがって特許請求の範囲は従来技術の観点からできるだけ広く解釈してこのような変更や修正は全て含まれるものとする。
【００３４】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） 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、
空間光変調器と、
光を供給する光源と、
あるホイールレートで回転して前記光を着色し着色した光で前記空間光変調器を照光するカラーホイールと、
あるフレームレートでデータのフレームを受信して前記データを前記空間光変調器と通信する論理回路と、
前記フレームレートを検出して前記カラーホイールレートを調整し前記ホイールレートが前記フレームレートに対して１対１以外の整数の比率となるようにする制御回路とを具備するディスプレイシステム。
【００３５】
（２） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールが複数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合に、１個もしくは数個を除く、前記各カラーセグメントがデータの前記各フレームについて照光されるディスプレイシステム。
【００３６】
（３） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールは複数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、前記カラーセグメントの少なくとも１個は前記他のカラーセグメントよりも１回余計に照光されるディスプレイシステム。
【００３７】
（４） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールは多数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合には、１個もしくは数個を除く前記各カラーセグメントがデータの前記各フレームに対して前記光源により同じ時間照光されるディスプレイシステム。
【００３８】
（５） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールは多数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、１個もしくは数個を除く前記各カラーセグメントがデータの前記各フレームに対して前記光源により同じ時間照光されるディスプレイシステム。
【００３９】
（６） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールはｎ個のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合には、前記各データフレームに対して照光される前記セグメントはｎ−１以下であるディスプレイシステム。
【００４０】
（７） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールはｎ個のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、前記各データフレームに対して照光される前記セグメントは少なくともｎ＋１であるディスプレイシステム。
【００４１】
（８） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合には、前記ホイールレート対前記フレームレートの比率は７対６であるディスプレイシステム。
【００４２】
（９） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、前記ホイールレート対前記フレームレートの比率は５対６であるディスプレイシステム。
【００４３】
（１０） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記制御回路は前記フレームレートに対応する垂直同期レートに応答して、データの前記フレームの前記垂直同期レートの関数であるレートでホイールモータ同期出力を供給し、前記垂直同期レートが所定のレートから逸脱する場合には、前記同期出力は前記垂直同期レートとは等しくなく、前記ホイールレートは前記同期出力の関数であるディスプレイシステム。
【００４４】
（１１） 第１０項記載のディスプレイシステムであって、前記フレームレートが前記所定のレートと同じである場合には前記同期出力レートは前記垂直同期レートと同じであるディスプレイシステム。
【００４５】
（１２） シーケンシャルディスプレイシステムの作動方法であって、該方法は、
（イ）複数のカラーセグメントを有し、あるホイールレートで回転している、カラーホイールを利用して空間光変調器を照光する光源光を着色するステップと、
（ロ）あるフレームレートで受信したデータのフレームに従って前記着色光を前記空間光変調器により変調するステップと、
（ハ）前記ホイールレートを前記フレームレートの関数として制御して前記フレームレートに対して１対１以外の整数の比率とするステップとからなるシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４６】
（１３） 第１２項記載の方法であって、前記カラーホイールは少なくとも６個の前記カラーセグメントを有するシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４７】
（１４） 第１２項記載の方法であって、前記ホイールカラーセグメント間の遷移が前記光源光に対して所定の位置である時にデータの前記フレーム間の遷移が生じるシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４８】
（１５） 第１４項記載の方法であって、前記所定の位置は前記光源光が前記カラーセグメント間の前記遷移を照光するような位置であるシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４９】
（１６） ビデオデータ（２０）を廃棄したり濾波することなくさまざまなレートで受信するのに適したシーケンシャルカラーディスプレイシステム（１０）。入力ソースビデオデータと出力シーケンシャルカラーディスプレイ間の帯域幅の不整合は修正された同期動作を維持することにより調整される。複数のセグメントを有するカラーホイール（５０）が使用され入力フレームレートはカラーホイールレートに対して常に整数の比率とされる。デジタルマイクロミラーデバイス（４４）空間光変調器を使用することにより、カラーセグメント期間中にフレーム間ビットプレーンの混合は不要となる。実施例では、ＰＡＬシステム等の５０ヘルツ入力に対しては整数の比率は７対６であり、７２ヘルツ入力に対しては５対６である。カラーホイールはおよそ６０ヘルツのレートに維持される。
【００５０】
関連出願の相互参照
いずれも本発明と同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている下記の特許出願を相互参照した。
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】フレームバッファーからデータを非同期的に読み取る場合に混合するビットプレーン情報を示す図。
【図２】入データフレームレートがカラーホイールレートに対して常に整数の比率とされる本発明の実施例に従ったスポーク同期カラーシーケンシャルシステムのブロック図。
【図３】入フレームレート、すなわち５０ヘルツ、がカラーホイールレートよりも小さくしたがってカラーホイールレートが入力フレームレートに対して整数の比率、すなわち７対６、に維持される場合のスポーク同期フレームレート変換を示す図。
【図４】入力データフレームレートがカラーホイールレートよりも大きくしたがってカラーホイールレートが入力フレームレートに対して整数の比率、すなわち５対６、に維持される場合のスポーク同期フレームレート変換を示す図。
【符号の説明】
１０ シーケンシャルカラーイメージングシステム
１２ 制御回路
１４ ビデオソース
１８ 論理回路
２２ データフォーマッタ
２６，２８ ＲＡＭメモリバンク
３０ Ｄフリップフロップ回路
４０ ＤＭＤ制御回路
４４ ＤＭＤ空間光変調器
５０ カラーホイール
５２ 光センサ
５６ 光源
５８，６２ レンズ
６０ ランプドライバ回路
６６ 投射レンズ
６８ 画面
７０ 位相比較器回路
７２ 比率ベース速度制御論理回路
７６ ドライバ回路
８０ ホイールモータ
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に空間光変調器を含むようなイメージングシステムに関し、特に変動するデータフレームレートを有する入力データからシーケンシャルカラーイメージングを実施する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間光変調器（ＳＬＭ）はビデオモニター、グラフィックディスプレイ、プロジェクタ、およびハードコピープリンタ産業において広く使用されている。ＳＬＭは入射光を電気もしくは光入力に対応する空間パターンへ変調する装置である。入射光はその位相、強度、偏光、もしくは方向を変調することができる。この光像はプロジェクタ、ビデオモニターもしくはディスプレイの場合には画面へ向けられて焦点が合わせられ、ゼログラフィックプリンタの場合には、ホトリセプタドラム等の、感光材料上に終局的に焦点が合わせられる。
【０００３】
光変調はさまざまな電気光学もしくは磁気光学効果を示すさまざまな材料、および表面変形により光を変調する材料により達成することができる。他の空間光変調器は位置決め可能な画素（ピクセル）アレイからなるとても小さなマイクロ機械装置を含むことができる。光像はプロジェクタ、モニター、テレビ等の画面上に表示する場合には着色することができる。この着色は代表的には２つの方法の一方により行われ、非シーケンシャルカラーシステムを使用するか、もしくはシーケンシャルカラーシステムを使用することである。非シーケンシャルカラーシステムでは、赤、緑および青色光等の、多数のカラー光が同時に発生される。非シーケンシャルカラーシステムの１例が同じ譲受人による１１／０１／９３に出願された特許出願第０８／１４６，３８５号“ＤＭＤディスプレイシステム”で検討されており、その教示するところが参照としてここに含まれている。シーケンシャルカラーシステムでは、１つのイメージフレームにカラー光、すなわち赤、緑および青色光、を逐次投射することによりカラー像が発生され、それは６０ヘルツシステムについては代表的に１／６０秒継続される。シーケンシャルカラーシステムでは代表的に、赤、緑、および青セグメント等の、複数のカラーセグメントへ区画されているカラーホイール、もしくはそれらの複合／組合せが利用される。シーケンシャルの例は同じ譲受人による１／７／９４に出願された特許出願第０８／１７９，０２８号“シーケンシャルカラーイメージング方法および装置”に開示されており、その教示するところが参照としてここに含まれている。
【０００４】
テキサス州ダラスのテキサスインスツルメンツ社が最近考案したイメージングシステムは、可変形ミラーデバイスとも呼ばれる、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として知られている個別のマイクロ機械素子アレイを有するＳＬＭを使用している。ＤＭＤはディスプレイ、プロジェクタおよびハードコピープリンタで使用するのに適した空間光変調器である。ＤＭＤは中心間１７ミクロンの１６ミクロン四方の可偏向マイクロミラーの高密度アレイからなるモノリシックシングルチップ集積回路である。これらのミラーはＳＲＡＭセルアレイおよびアドレス電極を含むアドレス回路上に製作される。各ミラーがＤＭＤアレイの１ピクセルを形成しまたデバイステーブルである、すなわち２つの位置の一方で安定である。ミラーアレイへ向けられた光は各ミラーにより２つの方向の一方へ反射される。１つの安定な“オン”ミラー位置において、そのミラーへの入射光は投射レンズへ向けて反射されディスプレイ画面やプリンタの感光素子上に焦点が合わされて、ミラー／ピクセル像を形成する。“オフ”ミラー位置では、ミラーへ向けられた光は光アブソーバへ向けて偏向される。アレイの各ミラーは入射光をプロジェクタレンズもしくは光アブソーバのいずれかへ向けるように個別に制御される。ディスプレイの場合には、プロジェクタレンズおよび光プリズムによりピクセルミラーからの変調された光像が終局的にディスプレイ画面上へ焦点を合わされて拡大され可視像が得られる。ＤＭＤアレイの各ピクセルミラーが“オン”位置であれば、表示される像は明るいピクセルのアレイとなる。
【０００５】
ＤＭＤデバイスの詳細な検討については、各々を本発明と同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている、Ｈｏｒｎｂｅｃｋの米国特許第５，０６１，０４９号“空間光変調器および変調方法”；ＤｅＭｏｎｄの米国特許第５，０７９，５４４号“標準独立デジタル化ビデオシステム”；およびＮｅｌｓｏｎの米国特許第５，１０５，３６９号“プリンティングシステム露光モジュールアライメント方法および製作方法”を参照されたい。像を形成するピクセルの階調は本発明と同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている米国特許第５，２７８，６５２号“パルス幅変調ディスプレイシステムに使用するＤＭＤアーキテクチュアおよびタイミング”に記載されているようなミラーのパルス幅変調技術により達成することができる。
【０００６】
非シーケンシャルカラーシステムでは、１１／０１／９３に出願され同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに含まれている特許出願第０８／１４６，３８５号“ＤＭＤディスプレイシステム”に開示されているように、３個のＤＭＤアレイを、赤、緑、および青色光に１個づつ、カラー光の変調に使用することができる。これに対して、シーケンシャルカラーシステムではこのようなＤＭＤデバイスは１個しか必要とせず、赤、緑、および青色光が１個のＤＭＤアレイにより逐次変調され画面へ反射される。非シーケンシャルカラーシステムではこのようなアレイを３個必要とするため要求されるＤＭＤアレイおよび付随するハードウェアがシーケンシャルカラーシステムの３倍となるが、ディスプレイの明るさが増す。したがって、シーケンシャルカラーシステムと較べた場合に非シーケンシャルカラーシステムの複雑さ、コストおよび性能はトレードオフの関係にある。
【０００７】
シーケンシャルカラーシステムの場合には、本発明の譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている、Ｎｅｌｓｏｎ等の米国特許第５，１０１，２３６号“光エネルギ制御システムおよび操作方法”に開示されているように代表的には１個の光源が使用される。代表的には、これらのランプはキセノンもしくはメタルハライドアークランプ、もしくはレーザとすることができる。このアークランプはＡＣもしくはＤＣ電源により給電することができる。
【０００８】
従来のディスプレイシステムでは、ディスプレイのビデオフレームレートすなわちリフレッシュレートは代表的に６０ヘルツ（Ｈｚ）、すなわち６０フレーム／秒である。しかしながら、入（ソース）データフレームレートは６０フレーム／秒とは異なることがある。例えば、代表的なＮＴＳＣ信号は６０ヘルツでビデオフレームデータを供給するが、ＰＡＬシステムに対するビデオソースフレームレートは５０ヘルツである。一方、ビデオやコンピュータグラフィックデータは６０ヘルツ以外の多くのフレームレート、代表的には７２ヘルツ、で受信される。
【０００９】
代表的に、６０ヘルツシーケンシャルカラーディスプレイシステムにおいて入力フレームレートが６０ヘルツから逸脱する場合には、入力ソースビデオと出力カラーシーケンシャルディスプレイレート間の帯域幅の不整合によりビデオをディスプレイする前にデータを廃棄すなわち濾波（例えば、平均化）しなければならない。７２ヘルツ入力に対して７２ヘルツでビデオをディスプレイするのではなく、入データを廃棄すなわち濾波して６０ヘルツビデオディスプレイフレームレートが維持される。データを廃棄すると動きアーチファクトが発生する。データを濾波すると部品およびシステムコストが付加される。５０ヘルツ等の遅いディスプレイレートと同期作動する遅いレートで入ビデオデータが受信されると、画面が十分明るい場合にディスプレイに顕著なフリッカが生じる。したがって、データは６０ヘルツディスプレイレートを維持するように平均化される。このようにして、持続される同期動作は高品質ビデオに十分なものとはならない。
【００１０】
データがビットプレーンフォーマットで表示されるためにＤＭＤディスプレイシステムにはさらに問題が生じる。データのカラーシーケンシャルディスプレイを行う場合の入出力フレームレート不整合の１つの解決策はフレームバッファーからデータを非同期的に読み取ることである。しかしながら、任意のカラーセグメント期間中に２つの異なるフレームからのデータが表示されることがあるため、これら２つのフレームからのビットプレーン情報が混合されることがある。ビットプレーンの混合によりパルス幅変調技術を使用して１ビデオフレーム期間中のミラーの“オン”時間を決定する場合に特にＭＳＢ付近の遷移コードの信号対ノイズ比が著しく劣化することがある。これを確認するために、図１において、各カラーセグメントの前半全体にわたってＭＳＢが表示される、ビット分割の無い、８ビットカラーコードのＤＭＤについて考える。ソースからのピクセルコード８０ｈｅｘ（ｍｉｄｓｃａｌｅ）に少量のノイズがある場合、このカラーセグメント期間中に２つの異なるフレームが表示される場合にはカラーセグメントの前半中に７Ｆｈｅｘ後半に８０ｈｅｘを表示することができる。００ｈｅｘのコードが表示されて図１に示すようにディスプレイ上にハーフスケールエラーが生じる。これは極端な例であるが、カラーセグメント期間中にビット分割を行っても、フレームレート変換のための非同期フレームバッファ方法を使用する場合には著しいノイズが発生する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
入力ソースビデオフレームレートが６０ヘルツでない場合でも、ビデオデータを廃棄、濾波もしくは平均化することなく６０ヘルツの出力カラーシーケンスディスプレイフレームレートを維持することが望ましい。さらに、ＤＭＤ応用については、カラーシーケンスレートを強制的にソースビデオフレームレートへ整合させることなくカラーセグメント期間中のフレーム間ビットプレーン混合による信号対ノイズ比の劣化を解消することが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は複数のカラーセグメントを有するカラーホイールを使用することによりソースフレーム遷移時間が常にカラーセグメント遷移時に生じるがカラーセグメントの中間でも生じることができるようにしてディスプレイシステムとしての技術的利点を達成しようとするものである。すなわち、カラーホイールレートおよびソースビデオフレームレートは常に整数の比率となる。このようにして、経時的に、ソースフレーム遷移時間はカラーセグメント周りを回転してＤＭＤディスプレイのデータ廃棄、処理の濾波、およびフレーム間ビットプレーンの混合を容易に無くすことができる。比率は正確に維持されてソースビデオレートは６０ヘルツとは異なるがカラーシーケンスレートはおよそ６０ヘルツに維持することができる。例えば、入力ソースビデオレートがＰＡＬフォーマット信号で代表的な５０ヘルツであれば、カラーホイールはおよそ５８．３３ヘルツで回転し、入力ソースビデオレート対カラーホイールレートは６対７の整数比である。入ソースビデオレートがビデオやコンピュータグラフィックデータで代表的な７２ヘルツであれば、カラーホイールは６０ヘルツで回転する。これは６対５の整数比に対応する。このようにして、入データのソースフレーム遷移時間は常にカラーホイールのカラーセグメント遷移時もしくはカラーセグメントの中間で生じる。好ましくは、カラーホイールは２つの赤と、２つの緑と、２つの青セグメントからなる６セグメントを有し、好ましくはそれはホイール周りを交番するが、同色の少なくとも２つのセグメントを互いに隣接することができる。
【００１３】
本発明の実施例では、ディスプレイシステムは空間光変調器と、光を送る光源と、あるホイールレートで回転して光を着色するカラーホイールとを具備し、このカラー光により空間光変調器が照光される。論理回路があるフレームレートでデータのフレームを受信してこのデータを空間光変調器へ通信する入力を有している。制御回路がフレームレートを検出し、フレームレートに対して整数の比率を維持するようにカラーホイールレートを調整する。カラーホイールは多数のカラーセグメントを有し、フレームレートがホイールよりも低いか高い場合に、１つ以上のセグメントを除けば、各セグメントはデータの各フレームについて等時間光源により照光される。しかしながら、表示されるデータの入フレーム間の遷移時間は常に光源により照光される１対のカラーセグメント間、もしくはカラーセグメントの中間で生じてアーチファクトの発生が回避される。
【００１４】
好ましくは、カラーホイールは複数対のカラーセグメントを有し、少なくとも１つを除く各セグメントは入フレームレートが所定のフレームレートよりも低い場合に入データの各フレームに対して照光される。入フレームレートが所定のホイールレートよりも高い場合には、入データの１フレームを表示しながら少なくとも１つのセグメントが他のカラーセグメントよりも１回余計に照光される。すなわち、Ｎ個のカラーセグメントを有するカラーホイールについて、入フレームレートが所定のホイールレートよりも低い場合にはＮ−１個のセグメント、Ｎ−２個のセグメント等の各データフレームが照光されるが、入フレームレートが所定のホイールレートよりも高い場合にはＮ＋１個のセグメント、Ｎ＋２個のセグメント等の各データフレームが照光される。実施例では、入フレームレートが所定のホイールレートよりも低い場合のホイールレート対入フレームレートの比率は７対６である。しかしながら、入フレームレートがホイールレートよりも高い場合のホイールレート対入フレームレートの比率は５対６である。入フレームレートが所定のホイールレート、すなわち６０ヘルツ、であれば比率は１対１となって整合する。
【００１５】
制御回路により入データのフレームの垂直同期レートの関数であるレートでホイールモータ同期出力が供給される。垂直同期レートが所定のレートから逸脱する場合には同期出力レートは垂直同期レートに等しくはならず、ホイールレートは同期出力の関数となる。しかしながら、入フレームレートが所定のレートに等しければ同期出力レートは垂直同期レートと同じとなる。
【００１６】
シーケンシャルディスプレイシステムの作動方法は複数のカラーセグメントを有し、あるホイールレートで回転している、カラーホイールを利用して空間光変調器を照光する光源光を着色することからなっている。着色された光はあるフレームレートで受信されるデータのフレームに従って空間光変調器により変調される。ホイールレートはフレームレートに対して整数の比率となるように制御され、入フレームレートが所定の所望するホイールレートと同じである場合を除き整数の比率は１対１以外とされる。好ましくは、カラーホイールは少なくとも異なる３色の少なくとも６つのカラーセグメントを有して実現される。ソースデータのフレーム間の遷移時間は常にホイールカラーセグメント間の遷移が光源光に非常に近いか、もしくはカラーセグメントの中間が光源に非常に近い場合に生じる。
【００１７】
入データフレームレートに対するカラーホイールレートの整数の比率を保証することにより、データの入フレームを表示してデータのフレーム間の遷移時間がホイールカラーセグメントの界面で生じるようにすることができる。またこの遷移時間はカラーセグメントの中間で生じることもできる。ホイールカラーセグメント間の界面は一般的にスポークとして知られている。本発明はスポークが入データフレームレートとの同期を維持するスポーク同期フレームレートディスプレイシステムである。入フレームレートおよびホイールレートが整合しない場合には、データの入フレームの遷移点は異なるカラーセグメント境界に生じる。６つのスポークを有する６カラーセグメントについて、各スポークは６回転毎にデータの入力フレームに対する遷移点と逐次整合するように同期化される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に図２を参照して、本発明の実施例によるシーケンシャルカラーイメージングディスプレイシステムを一般的に１０に示す。システム１０は一般的に１２に示し線１６に与えられるビデオソース１４の垂直同期ＶＳＹＮＣ信号に応答する制御回路と、一般的に１８に示し線２０を介してソース１４から供給される入ビデオデータのフレームに接続されてそれに応答する論理回路を含んでいる。
【００１９】
線２０を介してソース１４から供給されるビデオデータの入フレームはデータフォーマッタ２２によりフォーマット化される。このデータが既にデジタル領域内にない場合には、図示せぬ、アナログ／デジタル回路により変換された後でフォーマット化される。本発明の説明を容易にするために、線２０を介して供給される入ビデオデータは既にデジタル領域内にあるものとする。データフォーマッタ２２はこのデジタルデータ流をフォーマット化し、このデータのフレームを、ＤＲＡＭ ＡおよびＤＲＡＭ Ｂとして示す、１対のＲＡＭメモリバンク２６および２８へ交互に書き込む。データのこれらのフレームをメモリバンク２６および２８へ交互に書き込むために、Ｄフリッブフロップ回路３０を利用してメモリバンク２６および２８を交互にイネーブルしフォーマッタ２２から線３２を介してそれぞれイネーブルされたメモリバンク２６もしくは２８へデータを書き込めるようにする。すなわち、入力線３４を介して回路３０のクロック入力へ供給される各ＶＳＹＮＣパルスに対して、交番するメモリバンクの出力イネーブル線ＯＵＴＰＵＴ ＥＮおよびライトコントロール線ＷＲＩＴＥがイネーブルされる。
【００２０】
ＤＭＤ制御回路４０が表示されるデータの連続フレームについてこれら２つのメモリバンク２６および２８から交互にデータを読み取る。データは線４２を介して出力され４４に示すＤＭＤ空間光変調器のメモリセルへ書き込まれる。ＤＭＤ制御回路４０はそれに応答して一般的に５０に示すカラーホイールの照光されているカラーセグメントに同期化される。これはホイール５０が回転して基準点５３を通過する度に光センサ５２を利用して感知することにより行われる。センサ５２は基準信号すなわちカチカチ音を線５４を介してＤＭＤ制御回路４０へ送り回路４０が一方のメモリバンク２６もしくは２８からＤＭＤデータ４４へデータを書き込むシーケンス開始を起動させる。線５４上の基準信号を感知することにより、ＤＭＤ制御回路４０はレンズ５８により焦点を合わせて光源５６により現在照光されているカラーセグメントに対応する一方のメモリバンク２６もしくは２８からのデータを読み取るように同期化される。ランプドライバ回路６０が光源５６の照光を制御する。このようにして、ＤＭＤ制御回路４０はホイール５０のどのカラーセグメントが照光されているかに対応する赤、緑もしくは青データに関連するデータを読み取り、カラーデータをＤＭＤ４４へロードする。このようにして、ＳＬＭ４４のピクセルミラーは光源光が赤か、緑か、あるいは青かに応じてアレイへ入射するカラー光を変調する。ＤＭＤ４４を均質に照光するのにレンズ６２が利用され、ＳＬＭ４４により形成される光像を画面６８上へ焦点合わせするのに投射レンズ６６が使用される。
【００２１】
これまで説明してきたデータライトアルゴリズムおよび装置は従来の技術の節において参照として組み入れられている同じ譲受人による特許および特許出願で詳細に検討されており、従来技術でよく理解されている。フォーマッタ２２が受信する各フレームのデータ量に応じて、２つ以上のメモリバンクを利用することができＤＭＤ制御回路４０により制御することができる。一方のバンクの書き込み中に他方のバンクを読み取りできるように少なくとも２つのメモリバンクが利用される。すなわち、一方のメモリバンクの内容が線４２を介して選択的にアンロードされＤＭＤ４４へ供給されてＤＭＤミラーアレイ４４を照光する入射カラー光が変調され、ＤＭＤ４４へロードされるデータの次のフレームが他方のメモリバンクへ書き込まれる。
【００２２】
本発明の実施例に従って、次に制御回路１２について詳細に検討する。基本的に、制御回路１２は連続する垂直同期ＶＳＹＮＣパルス間の期間を検出かつ算出してソース１４から供給されるビデオデータのフレームレートを決定する。データフレームレートが所定の６０ヘルツ以外であることが確認されると、回路１２によりカラーホイール５０は入データのフレームレートに対して整数の比率の回転速度を有するようにされる。回路１２により入力線２０へ供給される入データのフレーム間の遷移時間が、ホイール５０の隣接するカラーセグメント間の界面である、６つのスポークの中の１つが光源５６により照光される時間に対応するよう保証される。また回路１２はカラーセグメントの中心でフレーム遷移が生じるよう保証することができる。セグメントはフレーム遷移時に照光することができる。
【００２３】
入データフレームレートが５０ヘルツ、すなわちＰＡＬ信号、である場合にはカラーホイール５０は５８．３３ヘルツで回転し、入データフレームレート対カラーホイールレートは６対７の比率である。入データレートが７２ヘルツである、すなわちコンピュータグラフィックスデータに対応する、場合にはカラーホイール５０は６０ヘルツで回転し、それは６対５の比率である。もちろん、入信号の他のフレームレートについては、およそ６０ヘルツのディスプレイレートを維持しながらさまざまな比率を確立することができる。カラーホイール５０が６つのカラーセグメントへ区画され、２つの赤セグメントと、２つの緑セグメントと２つの青セグメントを有するため、入力線２０を介して供給されるデータのフレーム間の遷移時間はホイール５０の６つのスポークの中の１つが光源５６およびレンズ５８により照光されている時間に対応する。これについては次にさらに例を挙げて検討する。
【００２４】
さらに図２を参照して、制御回路１２は位相比較器回路７０を含んでいる。位相比較器回路７０は出力線１６を介して供給され連続的に感知される垂直同期ＶＳＹＮＣパルスの期間を線７１を介してセンサ５２から供給されるホイール同期パルス間の期間に対して感知し、線７３を介してエラー信号を供給する。比率ベース速度制御論理回路７２が線７３を介してこの位相比較器回路７０が出力するエラー信号に応答する。速度制御論理回路７２は線７４を介してモータ巻線制御および駆動回路７６へ出力を与え、それは次に線７８を介してホイールモータ８０へ制御信号を送る。垂直同期ＶＳＹＮＣパルス間の期間が１６．６６ミリ秒の持続時間を有することを位相比較器回路７０が感知すると、速度制御論理回路７２はモータ巻線制御および駆動回路７６にモータ８０を６０ヘルツで回転するよう指令して、線７３上にゼロエラーを維持する。この状況において、カラーホイール５０は入データレートと同期して６０ヘルツで回転する。
【００２５】
連続する垂直同期ＶＳＹＮＣパルスが、ＰＡＬシステムにおいて代表的な５０ヘルツに対応する、２０ｍｓ期間を有することを位相比較器回路７０が感知し、ホイール同期パルスがおよそ１６．６６ｍｓの期間を有する場合には、線７３を介して位相比較器回路７０から負のエラーが出力される。比率ベース速度制御論理回路７２はモータ巻線制御および駆動回路７６へモータ８０を５８．３３ヘルツへ減速するよう命令することにより負のエラーへ応答し、それは線７３を介して位相比較器回路７０から所定の負のエラーが出力され制御論理７２により感知されるまでモータ８０を減速させて行われる。
【００２６】
最後に、垂直同期ＶＳＹＮＣパルスが、コンピュータグラフィック情報およびデータにおいて代表的な７２ヘルツに対応する、１３．８８ミリ秒であることを位相比較器回路７０が感知しホイール同期期間がおよそ１６．６６ｍｓである場合には、位相比較器回路７０から正のエラーが発生される。速度制御論理７２はモータ巻線制御７６へモータ８０を６０ヘルツで回転するよう命令することにより正のエラーへ応答し、それは線７３を介して位相比較器回路７０から所定の正のエラーが出力され制御論理７２により感知されるまでモータ８０およびホイール５０の速度を調整して行われる。要約すれば、制御回路１２によりモータ８０の速度が位相比較器回路７０からの感知されたエラー信号の関数として制御され線２０を介して供給されるデータのフレームレートに対して整数の比率であるホイールレートでカラーホイール５０を回転することが保証される。これは位相比較器回路７０からゼロエラー、もしくは所定の正あるいは負のエラーを確立して行われる。
【００２７】
例として、最初に図３Ａを参照して、データの入フレームが５０ヘルツで受信されかつＶＳＹＮＣの期間が２０ｍｓであれば、カラーホイール（図３Ｂ）は５８．３３ヘルツで回転され、入フレームレート／カラーホイールレートは７／６の比率である。８２に示す、表示されるデータの最初のフレームについては、ホイール５０の７つのカラーセグメントが照光される。表示されるデータ８２の最初のフレームについては、３つの青セグメントが照光され、２つの緑セグメントおよび２つの赤セグメントも照光される。８４に示す、データの第１フレームおよび第２フレーム間の遷移時間は、８６に示す、青および緑セグメント間のスポーク（界面）がランプ５６により照光されている時に生じることをお判り願いたい。８８に示す、データの第２のフレームを表示する場合には、３つの緑セグメントが照光され、２つの赤セグメントおよび２つの青セグメントも照光される。９６に示す、データ９０の第２フレームと第３フレームのディスプレイ間の時間遷移は緑および赤セグメント間のスポークすなわち界面９２が照光されている時に生じる。
【００２８】
ソースデータのフレーム間の時間遷移は常にホイール５０の１対のカラーセグメント間の界面すなわちスポークが照光されている時に対応することをお判り願いたい。カラーホイール５０が６つのセグメントへ区画され３対の異なるカラーセグメント、すなわち、赤、緑および青セグメント、を有するため整数の比率を維持することができる。入データフレームレートが６０ヘルツディスプレイレートよりも低い場合には、ホイールの１色のセグメントが他の２つのセグメントよりも１回余計に表示される。これはフレーム１に対する青色セグメント、フレーム２に対する緑セグメント、およびフレーム３に対する赤セグメントであり、このパターンはデータの引き続き表示されるフレームに対して繰り返される。データの連続フレームについては、１色のセグメントが他よりも１回余計に照光される。人間の目による色の蓄積（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）により、人間の目で観察できるようなアーチファクトは、データソースの種別に応じて、最小限となるかあるいは全然発生しなくなる。図２に示す例では、データフレーム１および４に対して青色セグメントが３回照光され、フレーム２および５に対して緑セグメントが３回照光され、フレーム３および６に対して赤セグメントが３回照光される。
【００２９】
ＤＲＡＭ ＡおよびＤＲＡＭ Ｂとして示すメモリブランク２６および２８の読取サイクルの開始は、８４および９６等に示すように、データのフレーム間の遷移に対応して示されている。
【００３０】
次に図４Ａを参照して、ソースフレームレートが６０ヘルツよりも大きい、すなわちコンピュータグラフィック情報に対応する７２ヘルツである、場合の本発明によるスポーク同期フレームレート変換プロセスを示す。この例では、カラーホイール（図４Ｂ）は６０ヘルツで回転され、ソースフレームレート対カラーホイールレートの５対６の比率が確立される。表示されるデータの第１フレームを１００に示し、データの第２フレームを１０２に示し、遷移時間を１０４に示す。時間の遷移１０４はスポークすなわち光源５６により照光されている緑および赤色セグメント間の遷移に対応している。表示されるデータの第１フレームについては、逐次提示される最初の５つのカラーセグメント、すなわち青、緑、赤、青および緑、が利用される。データの第２のフレームを表示する場合には、カラーホイールの最初の回転からの赤セグメントが利用され、したがってカラーホイールの第２の回転の次の４つの照光されたカラーセグメントが照光される。表示される各データフレーム間の時間遷移は常に１対のカラーセグメント間のスポーク（界面）に対応することが判る。さらに、表示されるビデオフレームレートはまだ６０ヘルツであり、カラーホイールレートに対応している。表示されるデータの各フレームについて、１色のセグメントは１回しか照光されず、他の２色のセグメントはそれぞれ２回照光される。
【００３１】
例えば、第１のデータフレームを照光する場合には、２つの青色セグメントが照光され、２つの緑色セグメントが照光されるが、赤色セグメントは１回しか照光されない。赤色セグメントが次回照光されるのはデータの第２のフレームが表示される時である。図３Ａの例と同様に、他の２つのカラーセグメントよりも多いもしくは少ない回数照光されるセグメントの色はデータフレーム毎に変化する。ここでも、人間の目による色の蓄積により人間の目が知覚する可視アーチファクトは最小限とされるかゼロとされる。図示するように、データフレーム間の時間遷移がカラーホイールに関してどこで生じるかを示すパターンがホイールの５回転毎に繰り返される。
【００３２】
本発明によりソースデータフレームレートをカラーホイールのさまざまなスポークと同期させることにより技術的利点が達成される。このようにして、フレームからフレームへの遷移時間は常にカラーホイールのスポークに関連して生じる。ビデオデータが表示される前にデータが廃棄されたり濾波されることはない。入力ソースビデオと出力シーケンシャルカラーディスプレイ間の帯域幅の不整合が調整され、カラーセグメント期間中にフレーム間ビットプレーンを混合する必要はない。ビデオフレームレートはまだおよそ６０ヘルツに維持されており、人間の目により知覚されるアーチファクトは最小限もしくはゼロとなる。
【００３３】
特定の実施例について本発明を説明してきたが、当業者であれば本出願書を読めばさまざまな変更や修正が自明であると思われる。したがって特許請求の範囲は従来技術の観点からできるだけ広く解釈してこのような変更や修正は全て含まれるものとする。
【００３４】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） 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、
空間光変調器と、
光を供給する光源と、
あるホイールレートで回転して前記光を着色し着色した光で前記空間光変調器を照光するカラーホイールと、
あるフレームレートでデータのフレームを受信して前記データを前記空間光変調器と通信する論理回路と、
前記フレームレートを検出して前記カラーホイールレートを調整し前記ホイールレートが前記フレームレートに対して１対１以外の整数の比率となるようにする制御回路とを具備するディスプレイシステム。
【００３５】
（２） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールが複数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合に、１個もしくは数個を除く、前記各カラーセグメントがデータの前記各フレームについて照光されるディスプレイシステム。
【００３６】
（３） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールは複数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、前記カラーセグメントの少なくとも１個は前記他のカラーセグメントよりも１回余計に照光されるディスプレイシステム。
【００３７】
（４） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールは多数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合には、１個もしくは数個を除く前記各カラーセグメントがデータの前記各フレームに対して前記光源により同じ時間照光されるディスプレイシステム。
【００３８】
（５） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールは多数のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、１個もしくは数個を除く前記各カラーセグメントがデータの前記各フレームに対して前記光源により同じ時間照光されるディスプレイシステム。
【００３９】
（６） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールはｎ個のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合には、前記各データフレームに対して照光される前記セグメントはｎ−１以下であるディスプレイシステム。
【００４０】
（７） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記カラーホイールはｎ個のカラーセグメントを有し、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、前記各データフレームに対して照光される前記セグメントは少なくともｎ＋１であるディスプレイシステム。
【００４１】
（８） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも小さい場合には、前記ホイールレート対前記フレームレートの比率は７対６であるディスプレイシステム。
【００４２】
（９） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記フレームレートが前記ホイールレートよりも大きい場合には、前記ホイールレート対前記フレームレートの比率は５対６であるディスプレイシステム。
【００４３】
（１０） 第１項記載のディスプレイシステムであって、前記制御回路は前記フレームレートに対応する垂直同期レートに応答して、データの前記フレームの前記垂直同期レートの関数であるレートでホイールモータ同期出力を供給し、前記垂直同期レートが所定のレートから逸脱する場合には、前記同期出力は前記垂直同期レートとは等しくなく、前記ホイールレートは前記同期出力の関数であるディスプレイシステム。
【００４４】
（１１） 第１０項記載のディスプレイシステムであって、前記フレームレートが前記所定のレートと同じである場合には前記同期出力レートは前記垂直同期レートと同じであるディスプレイシステム。
【００４５】
（１２） シーケンシャルディスプレイシステムの作動方法であって、該方法は、
（イ）複数のカラーセグメントを有し、あるホイールレートで回転している、カラーホイールを利用して空間光変調器を照光する光源光を着色するステップと、
（ロ）あるフレームレートで受信したデータのフレームに従って前記着色光を前記空間光変調器により変調するステップと、
（ハ）前記ホイールレートを前記フレームレートの関数として制御して前記フレームレートに対して１対１以外の整数の比率とするステップとからなるシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４６】
（１３） 第１２項記載の方法であって、前記カラーホイールは少なくとも６個の前記カラーセグメントを有するシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４７】
（１４） 第１２項記載の方法であって、前記ホイールカラーセグメント間の遷移が前記光源光に対して所定の位置である時にデータの前記フレーム間の遷移が生じるシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４８】
（１５） 第１４項記載の方法であって、前記所定の位置は前記光源光が前記カラーセグメント間の前記遷移を照光するような位置であるシーケンシャルディスプレイシステム作動方法。
【００４９】
（１６） ビデオデータ（２０）を廃棄したり濾波することなくさまざまなレートで受信するのに適したシーケンシャルカラーディスプレイシステム（１０）。入力ソースビデオデータと出力シーケンシャルカラーディスプレイ間の帯域幅の不整合は修正された同期動作を維持することにより調整される。複数のセグメントを有するカラーホイール（５０）が使用され入力フレームレートはカラーホイールレートに対して常に整数の比率とされる。デジタルマイクロミラーデバイス（４４）空間光変調器を使用することにより、カラーセグメント期間中にフレーム間ビットプレーンの混合は不要となる。実施例では、ＰＡＬシステム等の５０ヘルツ入力に対しては整数の比率は７対６であり、７２ヘルツ入力に対しては５対６である。カラーホイールはおよそ６０ヘルツのレートに維持される。
【００５０】
関連出願の相互参照
いずれも本発明と同じ譲受人が譲り受けその教示するところが参照としてここに組み入れられている下記の特許出願を相互参照した。
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】フレームバッファーからデータを非同期的に読み取る場合に混合するビットプレーン情報を示す図。
【図２】入データフレームレートがカラーホイールレートに対して常に整数の比率とされる本発明の実施例に従ったスポーク同期カラーシーケンシャルシステムのブロック図。
【図３】入フレームレート、すなわち５０ヘルツ、がカラーホイールレートよりも小さくしたがってカラーホイールレートが入力フレームレートに対して整数の比率、すなわち７対６、に維持される場合のスポーク同期フレームレート変換を示す図。
【図４】入力データフレームレートがカラーホイールレートよりも大きくしたがってカラーホイールレートが入力フレームレートに対して整数の比率、すなわち５対６、に維持される場合のスポーク同期フレームレート変換を示す図。
【符号の説明】
１０ シーケンシャルカラーイメージングシステム
１２ 制御回路
１４ ビデオソース
１８ 論理回路
２２ データフォーマッタ
２６，２８ ＲＡＭメモリバンク
３０ Ｄフリップフロップ回路
４０ ＤＭＤ制御回路
４４ ＤＭＤ空間光変調器
５０ カラーホイール
５２ 光センサ
５６ 光源
５８，６２ レンズ
６０ ランプドライバ回路
６６ 投射レンズ
６８ 画面
７０ 位相比較器回路
７２ 比率ベース速度制御論理回路
７６ ドライバ回路
８０ ホイールモータ
Claims (2)
- 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、
空間光変調器と、
光を供給する光源と、
Ｎ個のカラーセグメントを有し、あるホイールレートで回転して前記光を着色し着色した光で前記空間光変調器を照光するカラーホイールと、
あるフレームレートでデータのフレームを受信して前記データを前記空間光変調器と通信する論理回路と、
前記フレームレートを検出して前記カラーホイールレートを調整し、前記ホイールレート対前記フレームレートが１以外の整数Ｘ，Ｙからなる整数比Ｘ対Ｙとなるようにする制御回路とを具備し、
前記フレームレートが前記ホイールレートより小さい時、少なくともＮ＋１個の前記カラーセグメントが各データフレームで照光され、
前記フレームレートが前記ホイールレートより大きい時、Ｎより少ない前記カラーセグメントが各データフレームで照光される、
ディスプレイシステム。 - シーケンシャルディスプレイシステムの作動方法であって、該方法は、
（イ）あるホイールレートで回転している、Ｎ個のカラーセグメントを有するカラーホイールを利用して空間光変調器を照光する光源光を着色するステップと、
（ロ）あるフレームレートで受信したデータフレームに従って前記着色光を前記空間光変調器により変調するステップと、
（ハ）前記ホイールレートを前記フレームレートの関数として制御して前記ホイールレート対前記フレームレートを１以外の整数Ｘ，Ｙからなる整数比Ｘ対Ｙとするステップとを含み、
前記フレームレートが前記ホイールレートより小さい時、少なくともＮ＋１個の前記カラーセグメントが各データフレームで前記空間光変調器を照光し、
前記フレームレートが前記ホイールレートより大きい時、Ｎより少ない前記カラーセグメントが各データフレームで前記空間光変調器を照光する、
作動方法。
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