JP4113676B2 - 機械的に振動する投写型ディスプレイ - Google Patents

Description

【０００１】
背景
本発明は、一般に、レーザ照明源や非レーザ照明源を使用するディスプレイを含む投写型ディスプレイ（projection display）に関する。
【０００２】
投写型ディスプレイは、ある特定の状況下でいわゆるスペックル（小さな斑点）人工物（speckle artifacts）の影響を受ける。スペックルは、平面波がそれ自身と干渉してその強度が変調したランダムな空間的な干渉縞である。スペックルは、ディスプレイ上に点在する非常に微細な粒子のように見えるかもしれない。その効果は一般に静的であって、もし観測者とディスプレイとが動かないならば、その効果は目に見えるものである。
【０００３】
スペックルは、レーザといったコヒーレントな光源の問題と主に見なされる。しかしながら、高利得の光学器械を備えた白熱光源も、光源の部分的なコヒーレンスを生み出す光学的拡大のために、スペックル効果を生み出す可能性がある。
【０００４】
コヒーレントな光源からスペックルを取り除くことは、可能であるとは信じられていない。スペックルは、部分的なコヒーレンスを生み出すこの種の高利得な光学器械を避けることによって、非コヒーレントな光源において避けることができる。
【０００５】
スペックル効果は、固体レーザ光源を使用する消費者用コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤーあるいはＣＤ−ＲＯＭにおいて処理される。スペックルはデジタルデータの再生を妨害するので、固体レーザを駆動する電流源は非常に高い周波数で変調される。このことは、変調によって光の周波数を広げるという効果がある。これによってスペックルは技術的に消去されないけれども、スペックルはデータ検出器にそれが見えなくなるのに十分に高い周波数の辺りで動かされる。この技術は白熱光源には機能しない。なぜなら、十分に高い周波数で出力光を変調することができないからである。
【０００６】
投写型ディスプレイは、ピクセレーション（pixellation）と呼ばれる欠陥にも苦しむ場合がある。ピクセレーションとは、イメージを形成するピクセルを作り上げる「正方形（squares）」が目に見えるところということである。ピクセレーションの影響を受けたディスプレイ上に現れるラインは、追加的なエッジを持つ濃淡むらと見えるギザギザ効果（jagged effects）を示す。
【０００７】
概要
このように、投写型ディスプレイにおいて、スペックルやピクセレーションを処理する改善された方法が継続的に必要とされている。
【０００８】
以上の説明から、本発明は、投射光源（projection source）と、その投射光源に付随する光学器械（optics）とを備えた投写型ディスプレイを提供する。また、前記ディスプレイの少なくとも一部分を振動させるための装置が適用される。
【０００９】
詳細な説明
本発明の一つの実施態様として、図１に示された投写型ディスプレイ１０は、ビデオ入力信号を受信するように接続されたライトバルブ（light valve）を備える。ライトバルブ１２は、投影レンズ１４によって投影される被変調出力光を作り出す。投影光学器械（projection optics）は、投影スクリーン２６上に出力光を反射する、折り畳み式ミラー（folding mirror）１６と投影ミラー２４も備えてよい。
【００１０】
投写型ディスプレイの一つ以上の部品は、スペックル及び／またはピクセレーションを克服するために機械的に振動させられてよい。ディスプレイの少なくとも一部分を揺れ動かすことによって、ディスプレイ上のスペックルをユーザには見えないくらい十分に高い周波数で動かす、ぼかし効果（smearing effect）が実現できる。同様に、同じ揺動（perturbation）によってピクセルの境界をぼかすことができ、あるいはピクセレーションを除去若しくは減少させることができる。
【００１１】
ある一つの実施態様では、折り畳み式ミラー１６が振動させられる。なぜなら、それは比較的小さな質量を有し、従って容易により多く振動させられるからである。折り畳み式ミラー１６はそのそれぞれのコーナに圧電アクチュエータ１８が取り付けられてよい。これらのアクチュエータは、適切な駆動信号に応答して望ましい周波数でミラーを振動させる。有利には、その振動はスペックル及び／またはピクセレーションを除去するために比較的高い周波数にある。超音波周波数（すなわち約２０，０００ヘルツ）が有利である。というのは、そうした周波数は人間が検知できない音波であるからである。
【００１２】
ある一つの実施態様では、ディスプレイの一部は非常に小さい角度の傾斜を持つ振幅で駆動させられてよい。このように、比較的制限された範囲の動きが適切である。アクチュエータ１８を位相を順にシフトさせて駆動させることによって、折り畳み式ミラー１６といったディスプレイの一部分は、例えば図２に示されたように円形のシヌソイド運動式（circular sinusoidal fashion）に、折り畳み式ミラー１６に垂直な面を「揺り動かす（wobbles）」。図２において、折り畳み式ミラー１６の表面の垂線は「Ｎ」で示されており、その垂線が揺動の際にたどる経路は「揺動円錐（wobble cone）」でラベル付けされた円錐で示されている。
【００１３】
より複雑な振動やより単純な振動も使用できる。例えば、往復、平面的あるいは直線的な振動がスペックルの処理には効果的であるかもしれない。しかしながら、往復運動は通常２次元的なピクセレーションを全体的には取り除けない。もっぱら平面内で生じる２次元的振動も効果的かもしれない。さらに、上記反復的なシヌソイド運動よりも複雑な振動が一部の場合には有利かも知れない。例えば、実施態様によっては、より不規則でより反復的でない運動を生み出すランダムな揺動がコーナに適用されてよい。さらに、卵形若しくは楕円形のシヌソイド運動も使用されてよい。
【００１４】
図３を参照して説明すると、駆動エレクトロニクス２２（図１参照）からの駆動信号１−４は、それぞれ一つの異なったアクチュエータ１８に印加される。本発明のある一つの実施態様によれば、駆動信号は図２にあるような円形の揺れ（circular wobble）を生み出すよう位相がシフトされてよい。波形は図示された実施態様ではデジタル信号によって表現されているが、それらの波形はアナログ波形を含む他の波形であってよい。一般に、ディスプレイの揺れ動かされる部分の自然な機械的応答時間によって結果として生じる運動がフィルタできる。
【００１５】
ピクセレーションに関して、振動の振幅はピクセレーションが減少させられる程度に影響を与える。すなわち、ピクセルで作り上げられたディスプレイを揺らすと実際のピクセル端部はぼかし去られ、ピクセレーション効果が除かれてしまう傾向がある。隣接するピクセルは連続的なラインを形成でき、ピクセル境界の人工物（artifacts）は実施態様によっては検出可能でないかもしれない。このような場合、ラインは照明の変わり目においてのみ見られるだけである。
【００１６】
図４に示されているように、システムが「揺動円（wobble circle）」によって示された程度まで揺り動かされると、最小の外見上明白なピクセル境界「最小「ｍｉｎ」」は、実際のピクセル境界「実際のピクセルの大きさ（actual pixel extent）」より小さくなる。最大の外見上明白なピクセル境界「最大（ｍａｘ）」は、実際のピクセルの大きさより大きくなる。実際のピクセルの大きさと最大・最小の外見上明白なピクセル境界との間の変位は、揺れ動かす振幅によって決定される。このようにして、ピクセル境界は、それらが外見上よりはっきりしなくなるまでぼかされるように動きまわされる。
【００１７】
単純な駆動機能によって、（「スペックルの消去」から生じる）ダークスポットが、そのスポットが滑らかで規則的な方法で動き回り、そして干渉縞が形成及び破壊される際に、円または円弧を形成する場合がある。目に見える人工物が、イメージ内においてかすかに着色した円や円弧として現れる。駆動機能に若干の乱雑さを与えることによって、揺れ（wobble）はより複雑にできる。正確な同じ揺動運動の繰返しの間の間隔が長くなるほど、ユーザは上で説明したような繰り返し発生する消去効果により気づかなくなる。
【００１８】
このように、真にランダムな揺動は必要でないかもしれないが、正確な同じ揺動運動を与える前に十分に長い期間を含ませることによってより見えなくする消去効果が十分に拡大する可能性がある。しかしながら、望むなら、カオス・アトラクタ（chaotic attractor）で達成されるような比較的ランダムな駆動が利用されてよい。このような駆動は１９９３年８月発行のサイエンティフィック・アメリカン誌の１２０−１２３ページに掲載された「カオス同期回路（Circuits That Get Chaos in Sync）」に説明されている。一般に、（円錐のような）揺動面（wobble surface）の角度をランダムに変化させることによって、比較的ランダムな揺動によって、ダークスポットやかすかに認識可能な円または円弧を生成することなく人工物を取り除くことが可能である。
【００１９】
もちろん、本発明の原理を逸脱することなく他の駆動機能を利用することができる。すなわち、円形揺動が説明がされてきたが、楕円揺動あるいは、楕円及び直線の混合揺動が実施態様によっては利用できる。
【００２０】
本発明は限定された数の実施態様に関して記述されてきたが、ここから当業者であれば数々の変更や修正を考えつくことができよう。請求の範囲は、本発明の技術的範囲内にあるそうした全ての変更や修正をカバーすることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様の概略図である。
【図２】 本発明の一実施態様において利用される駆動回路の特性を示した図である。
【図３】 図１に示された実施態様において使用される駆動回路のタイミング図である。
【図４】 ディスプレイを揺れ動かしたときのピクセル境界を示した図である。

Claims (9)

1. ライトバルブを備えた投射光源と、
   前記投射光源に付随し、投影スクリーン上に出力を反射するミラーを有する光学器械と、
   当該ミラーの反射面を非平面的でランダムである揺動パターンで機械的に振動させる振動装置と、
   を備えていることを特徴とする投写型ディスプレイ。
2. 前記ライトバルブは、レーザ照明を使用するライトバルブであることを特徴とする請求項１に記載の投写型ディスプレイ。
3. 前記ライトバルブは、非レーザ照明を使用するライトバルブであることを特徴とする請求項１に記載の投写型ディスプレイ。
4. 前記ミラーは、折り畳み式ミラーと投影ミラーとを含み、前記振動装置は、前記折り畳み式ミラーに結合していることを特徴とする請求項１に記載の投写型ディスプレイ。
5. 前記振動装置は、圧電アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載の投写型ディスプレイ。
6. 前記振動装置は、ピクセレーションを減少させるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の投写型ディスプレイ。
7. ライトバルブを備えた投射光源と、前記投射光源に付随し、投影スクリーン上に出力を反射するミラーを有する光学器械とを備える投写型ディスプレイを使用して前記スクリーン上にイメージを投影し、
   その際に、前記投写型ディスプレイの反射面を非平面的でランダムである揺動パターンで機械的に振動させることを特徴とするイメージ投影方法。
8. 前記ライトバルブは、レーザ照明を使用するライトバルブであり、
   振動させる際には、スペックルを減少させるように前記反射面を振動させることを特徴とする請求項７に記載のイメージ投影方法。
9. 前記ライトバルブは、非レーザ照明を使用するライトバルブであり、
   振動させる際には、ピクセレーションを減少させるように前記反射面を振動させることを特徴とする請求項７に記載のイメージ投影方法。

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