JP4346124B2 - ディスプレイシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイシステムに関する。特にディスプレイの光変調器の故障補償システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
視覚的には「画素」として認識される、独立した反射要素または透過要素で構成された二次元アレイをベースにした高解像度ディスプレイシステムは、携帯型コンピュータ、ＬＣＤマルチメディアプロジェクタ、高品位テレビ、平面パネルディスプレイ、および仮想現実（バーチャルリアリティ）アイウェアに利用されている。これらの装置は、陰極線管またはビデオプロジェクタ等を有する従来のスキャン装置または投写装置に比べて動作電圧が低いため電力効率が高く、一般に長い動作光路が不要なため、空間効率がよいという利点を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの装置は製造歩留まりが低いため、これまで消費者向けのディスプレイシステムに広く取り入れることができなかった。光透過を制御するＬＣＤまたは光反射を制御するマイクロミラー等を使用する典型的な二次元アレイは、１００万個以上の独立した反射要素または透過要素を含んでおり、そのうち２〜３個の要素が故障するだけでディスプレイシステムが使用不能となってしまうという問題がある。また最初は動作可能な二次元アレイであっても、微細なスクリーンの損傷、電子的故障、または機械的摩耗やスティクション（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）の問題のために性能が劣化することがある。なかでも特に不安材料として、二次元アレイ中の要素群のすべての列または行を同時に故障させる原因となるディスプレイドライバまたはマウンティングの欠陥がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固定基板上に取り付けられ、または可動式に取り付けられた二次元光変調器アレイを有するフォールトトレラントシステムを提供する。光変調器アレイは、第１の行と第２の行とに配列された複数の光変調器を含み、第１の行は固定基板に対して第１の行位置にあり、第２の行は固定基板に対して第２の行位置にある。可動部材は二次元光変調器アレイを固定基板に取り付ける。可動部材には圧電振動子（ｐｉｅｚｏｖｉｂｒａｔｏｒ）、１つあるいは２つの二次元メカニカルステッパ、ロータリステッパ、または光変調器アレイを固定基板に対して機械的に移動させる従来のメカニズム等が含まれる。動作時に、可動部材は第１の行をその第１の行位置から実質的に第２の行位置を占有する位置へ物理的に移動させることで光変調器アレイの動作中の要素群と故障要素群との間に効果的に光を拡げる。必要に応じて複数の行を変位させて、光を３行、４行、またはそれ以上の行にわたって拡げてもよいことを理解されたい。選択したディスプレイ要素について光変調器の見かけの表示強度を下げる画像リスケーリングモジュールおよび可変強度の光ビームの強度を上げる光源強度制御部を有する光変調器故障補償システムを用いれば、複数要素の故障の補償またはすべての行の故障の補償も可能である。
【０００５】
また、本発明の光学変位技術を用いれば、光変調器アレイの物理的な変位は不要である。光学行変位技術を用いる故障補償システムは、光源と、光学素子と、ディスプレイ表面と、複数の光変調器群が第１の行および第２の行に配列されて光源からの光を変調する二次元光変調器アレイとを有するディスプレイシステムを含む。第１の行で変調された光は、ディスプレイ表面に第１の画素の行として示され、第２の行で変調された光は、ディスプレイ表面に第２の画素の行として示される。１つ以上の光学素子によって、ディスプレイ表面上の第１の行の画素として示される第１の行の変調光はディスプレイ表面上の第２の画素の行の位置を実質的に占有するように配向される。好適な実施形態では、この光学素子はディスプレイ表面と二次元光変調器との間の光路中の可動ミラーとして構成してもよいが、光学的に行を変位する他のメカニズムを使用してもよい。他のメカニズムとしては、２つ以上の光学素子の使用等が含まれる。各光学素子は光シャッタを有し、各光学素子からの光路は各光シャッタによって交互に閉鎖することができる。ある実施形態では、光学的行変位または列変位とともに機械的行変位を用いることも企図されている。
【０００６】
かかる行列変位には各種の機械的または光学的メカニズムによる二次元行列変位も含まれる。例えば、固定基板に対して第１の列位置にある第１の列と、固定基板に対して第２の列位置にある第２の列と、に配列した光変調器群を、それぞれ第１の行と第２の行とにほぼ直交するように位置決めすることができる。この場合、可動部材によって機械的または光学的に第１の列がその第１の列位置からほぼ第２の列位置を占有するように変位され、同時に行も移動されて、二次元変位が行われることになる。例えば、物理画素アレイを一列左へ、一行上へ、一列右へ、一行下へ下がって元位置へ、と変位させて４つの物理画素を連続して定位置間で移動させながら周期的に表示することによって一つの同じ仮想画素を生成することができる。
【０００７】
故障の補償動作時には、一般に、画像を表示する物理画素アレイ中の各光変調器がほぼ同一の規定された長さをもち、同一画素サイズをもった仮想画素アレイが示されることが必要である。物理画素アレイは、一般に約１／１０秒を上回る周期で少なくとも各光変調器の規定された長さだけ移動させられる。その移動は光変調器の物理アレイを周期的に変位させる機械的、光学的、または光学機械的技術によってなされる。光変調器故障補償システムにおける画像処理ソフトウェアまたはファームウェアは、光変調器アレイ（物理アレイ）の周期的変位にともなって画像位置をシフトさせ、少なくとも故障した光変調器に隣接するいくつかの光変調器の見かけの表示強度をリスケールすることによって、複数の光変調器のうちの１つ以上の光変調器の故障を補正する。
【０００８】
反射型二次元アレイを含む反射ディスプレイとしては、製造が容易で、性能の予想ができ、耐久性があるという理由から、加えられた静電力または電磁力に応じて移動を制御することができる、微細電気機械的回動ミラーアレイまたは微細電気機械的変形ミラーアレイが好ましい。かかるミラーシステムは、ディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）カラー投写システムの一部として、テキサスインストルメント（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社より入手可能である。または、カルフォルニア州、サニーベールのシリコンライトマシン（ＳｉｌｉｃｏｎＬｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）社開発等の切り替え可能な回折光弁を使用してもよい。さらに、強誘電性液晶、エレクトロルミネセンス液晶、またはねじりネマチック結晶をベースにしたディスプレイを使用することもできる。また、双安定反射装置に必要とされているような時間分解グレイレベルの使用を必要とせず、適切な透過グレイレベルに直接切り替えることのできるディスプレイも好ましい。一般には約１０Ｈｚを上回る周波数、特に１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数を用いて、液晶のように可変アナログ電流に応答して直接グレイレベルを修正することができる任意の装置、またはディジタルマイクロミラーまたは回折光弁に用いられる技術に基づく時間経過によってグレイレベルを修正することができる任意の装置を本発明で使用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、ディスプレイ中に存在する故障、欠陥、または動作が断続的な画素を機械的または光学的に補償するメカニズムを支援可能な欠陥許容ディスプレイシステム（フォールトトレラントディスプレイシステム）１０の一部破断斜視図である。説明のため、図１には共通の固定基板１２上に可動部材１４によって支持された透過型ディスプレイシステム２０と反射型ディスプレイシステム４０の両方を示す。図示するように、透過型ディスプレイシステム２０は光源２２からの光を選択的に透過または吸収する光透過ディスプレイ要素２８からなる行列アレイ２４を含む。一方、反射型ディスプレイシステム４０は光源５０からの光の反射方向を選択的に変化させる回動ミラー群４４からなる行列アレイ４２を含む。ただし、通常のディスプレイは従来のアクティブマトリクスＬＣＤプロジェクタ、ＬＣＤディスプレイ、または強磁性流体ディスプレイ等の透過要素またはホーンベックによる米国特許第５，５３５，０４７号等に記載のあるディジタルマイクロミラー等の反射要素のいずれか一方を含むものである。実施形態によってはＬＣＤや図１０のところで説明する選択的に変形可能なシートミラーを用いるスタック型透過／反射ディスプレイ等のように透過要素と反射要素とを組み合わせて動作させるようにしてもよい。
【００１０】
光透過ディスプレイシステム２０中の各ディスプレイ要素２８は選択的に制御され、光源からの入射光を吸収するか、または観察者の目などの画像センサへ透過する。透過は直接、または図示しないが投写光学系、拡大鏡、もしくは反射器を介して行われる。図１に、入射光３２が吸収ディスプレイ要素２６によって吸収される様子と入射光３０が透過ディスプレイ要素２８を通過する様子が示されている。ディスプレイシステム中の各ディスプレイ要素は、制御エレクトロニクス９０から送られる制御信号に応答して、グレイスケール状態を切り替えるように設計される。図示するように制御エレクトロニクス９０は公知の電子写真平版技術によって基板上にパターニングされるか、適切な制御指示によってディスプレイにインターフェースされた別個の制御モジュールとして構成してもよい。本発明の実施の形態では、従来の各種光吸収体、強磁性流体ディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、または少なくとも２つ以上の光透過状態（２５６のグレイスケール等）をサポートする他の公知の光ディスプレイ要素を使用できる。
【００１１】
グレイスケール画像は光反射ディスプレイシステムの各回動ミラー４４の双安定位置を制御することによっても生成される。各ミラーは選択的に制御されて入射光を吸収体（図示せず）へ反射させるか、または観察者の目などの画像センサへ反射させる。やはりこの場合も、反射は直接または図示しない投写光学系、拡大鏡、または反射器を介して行われる。光源５０からの入射光５６が、ある角度の回動ミラー４８によって吸収体（図示せず）へ反射される様子を図１に光線５８を使って示した。光源５０からの入射光５２が回動ミラー４８とは逆傾斜のミラー４６により観察者または図示していない投写光学系へ反射される様子を光線５４を使って示した。ここで、変形可能ミラー、電磁アクチュエータで駆動されるミラー、または当業者に公知の他の従来型の反射装置等の他の反射ディスプレイシステムを使用してもよい。ディスプレイ２０の場合と同様に、光吸収と光反射との切り替え（光の反射角度の切り替え）は、制御エレクトロニクス９０によって行われる。
【００１２】
一般に、任意の装置におけるディスプレイ要素の切り替え速度は、ディスプレイ構造に応じてミリ秒、マイクロ秒、またはナノ秒単位となる。有利なことに、観察者の目または他の光統合画像センサに固有な一時的平滑化（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）を伴った高速切り替え技術を用いると、高速で切り替えられた双安定装置（安定した反射／透過または非反射／吸収）を用いたグレイレベルの生成が可能となる。各ディスプレイ要素が光を吸収または透過するように切り替えられる時間は、知覚されるグレイレベルに比例する。例えば、観察者にとっての臨界光フリッカー融合頻度が約６０Ｈｚの場合、６ＫＨｚで切り替え可能なディスプレイ要素であれば、ちらつきを示さずに光反射と非反射とを約１００回切り替えることができる。反射／非反射表示状態の各時間の割合を調節することにより、双安定ディスプレイ要素はグレイレベルディスプレイの作成に使用することができる。有色光源およびかかる高速切り替えを用いることにより、フルカラーディスプレイを作成することもできる。また、カラーフィルタを備えたシステムを使用すれば、グレイレベルディスプレイだけでなくカラーディスプレイを提供することができる。
【００１３】
実際には、残念なことに何十万個または何百万個もの上記の高速ディスプレイ要素をもつ大規模アレイを、アレイ全体を制御不能とする要因となる個々のディスプレイ要素の機械的または電気的故障を発生させることなく製造するのは困難である。かかる故障を補償するために、本発明は、制御エレクトロニクス９０から送られる信号に応答してディスプレイアレイ中の行または列を物理的に変位可能なメカニズムを含む。図１に示すように、このメカニズムは可動部材１４を含み、これは矢印１６および１８で示す直交する二方向にそれぞれ移動可能な圧電振動子である。他の実施形態では、可動部材１４は一次元圧電振動子、可動リニアステージ、角度のついたアーム（ａｎｇｕｌａｒ ａｒｍ）、または透過システム２０（またはシステム４０）をある距離だけ周期的に移動させる他の従来のメカニズムであってもよい。一般に、可動部材１４はアレイ２４またはアレイ４２の各行または各列の距離の整数倍に対応する距離だけ移動する。例えば可動部材１４はアレイ４２中の各行が隣の行位置をわずかな時間占有するのに十分な距離だけ物理的に移動可能である。または可動部材１４は、隣接する行以外にアレイ２４（またはアレイ４２）中の各行を、固定基板１２に対する最初の位置から２行、３行、またはそれ以上の行だけ周期的に変位させるように動作することもできる。一次元移動の外延として、可動部材は、図１に示すようにアレイ２４（またはアレイ４２）を行方向に加えて列方向に変位させて、完全な二次元移動を行うこともできる。
【００１４】
このようなフォールトトレラントディスプレイ１０の個々のまたは複数のディスプレイ要素の故障補償について、概略的に示すディスプレイ１１０中の１つの故障ディスプレイ要素１２４の故障補償の様子を図２〜図５を用いて詳しく説明する。以下、一つの行について本発明の動作の説明を行うが、画素の変位は恣意的なものであり、行変位、列変位、角度変位、行変位と列変位との組み合わせを使用した画素ブロックの変位などを用いてもよい。作動中のすべてのディスプレイ要素は光透過または光反射状態で示し、故障したディスプレイ要素１２４は光吸収または光非反射状態で示す。さらに、本発明はほぼ正方形または矩形のディスプレイ画素群だけでなく、円形、楕円形、六角形、または本発明で企図される実施形態を構成する他の適当な形状であってもよい。このように多様な形状を利用することができるが、通常は１０２４行×７６８列からなる矩形ディスプレイ要素群等の矩形格子に配列された矩形ディスプレイ要素群アレイが使用される。
【００１５】
簡単に説明するため、図２にはディスプレイ１１０の１つの行のうち故障したディスプレイ要素１２４近傍の一部だけを示す。ディスプレイ１１０は、透過型、反射型、放射型、透過型と反射型とを組み合わせたもの、または各画素に対して高速でグレイスケール調節ができる他のディスプレイ構造であってもよい。一般的には、ディスプレイ１１０は画像を透過表示または反射表示するディスプレイ要素群からなる二次元アレイを含む。本発明をよりよく理解するために、図２〜図５に可変光強度光源１１４と、故障ディスプレイ要素１２４を含んだディスプレイ要素群１２１〜１２７のアレイからなる二次元物理画素アレイ１２０とを一次元に表わした部分断面を示す。以下の議論は固定または可動カラーフィルタの使用によるグレイレベルについて行うが、本発明の範囲にはカラー放射型ディスプレイ、または他の適切な色生成メカニズムや間違った色のディスプレイ要素の補正も含まれる。
【００１６】
ディスプレイ要素１２１〜１２６は個々に制御されており、双安定反射もしくは透過要素の時変調によって、またはＬＣＤによる直接グレイスケール表示等によって予想外のディスプレイ要素の故障がない場合はディスプレイ要素１２１〜１２６は白い画素を表示する。一方、ディスプレイ要素１２７は故障がなければグレイ画素を示すように制御されている。ディスプレイ要素１２１〜１２７は全体として、可変強度の光源１１４を物理画素アレイ１２０に適用することによって形成されるディスプレイ要素１２１〜１２７の画素像１３１〜１３７からなる仮想画素アレイ１３０を示す。図中、光源の光強度を可変強度光源１１４内に示す。図２では強度１００である。単位は任意である。各ディスプレイ要素１２１〜１２７の透過率／反射率をそれぞれパーセント（０％、５０％、１００％等）で示し、かつ仮想画素アレイ１３０の知覚されるグレイレベルを０〜１００のスケールで示す。この場合１００がもっとも明るく、０では黒くなる。実際には、仮想画素アレイ１３０は観察者がディスプレイを見たときに目に映るものであり、物理画素アレイ１２０が図３〜図５のところで説明する画像処理駆動された画素強度のリマッピング中および高速移動中のときも含まれる。
【００１７】
図２からわかるように、物理画素アレイ１２０のディスプレイ要素１２４は故障しているため、仮想画素アレイ１３０には故障したディスプレイ要素１２４に対応する暗い仮想画素１３４が含まれる。しかし、ディスプレイ要素１２４の故障が判定できれば、故障を緩和または完全に補正する対策を行うことができる。図３に示すように、図２の光変調器アレイは一列だけ物理的に変位され、仮想画素アレイ１３０の暗い仮想画素１３４と隣接する仮想画素１３５との間で光を（時間平均によって）有効に共有することができる。物理的変位は高速かつ振動によるものであり、物理画素アレイ１２０は１秒間に１０回、１００回、１０００回、または１００００回も一列変位と元位置への復帰を繰り返す。本発明の典型的な実施形態では、一般に３０〜１００Ｈｚ程度の振動が適当である。いかなる画像処理も行われていない場合には、仮想画素アレイ１３０にはこうして暗い仮想画素１３４がなくなるかわりにぼやけて、所望のグレイレベル１００の代わりにグレイレベル５０をもつ２つのグレイ仮想画素１３４および１３５を含むようになる。また、図２に示すようにディスプレイ要素１２７から得た元グレイレベル２０をもつ、本来グレイを示す仮想画素１３７は、隣接するディスプレイ要素１２６からの共有光を半分得るため、そのグレイレベルが２０から６０へと明るくなった（（２０％＋１００％）÷２＝６０％光透過／反射／透過）。
【００１８】
図４は、仮想画素アレイのぼやけを除去し、正しい相対グレイスケールをもたせるリスケーリングの様子を概略的に示す。本図からわかるように、ディスプレイ要素１２１、１２２、１２６および１２７の像のグレイスケール強度は、故障した暗いディスプレイ要素と隣接するディスプレイ要素との共有グレイスケール強度と一致させるために５０までスケーリングして下げられる。仮想画素１３３を不必要に明るくしないために、ディスプレイ要素１２３は、物理的に仮想画素１３３を示す位置にある間はグレイスケール強度５０にスケーリングされ、かつ一列左に移動して仮想画素１３４を示す位置ではグレイスケール強度１００となる。同様に、ディスプレイ要素１２５は、物理的に仮想画素１３５を示す位置にある間はグレイスケール強度１００にスケールされ、一列左に移動して仮想画素１３６を生成する位置ではグレイスケール５０となる。この結果、仮想画素アレイ１３０は各仮想画素１３１〜１３６について均一なグレイスケール強度５０を示すようになる。また、仮想画素１３７に正しいグレイスケールを与えるには、ディスプレイ要素１２６は物理的に仮想画素１３６を与える位置にある間はグレイスケール強度５０をもち、一列左に移動して仮想画素１３７を生成する位置ではグレイスケール強度１０となる。このリスケーリングした画像（仮想画素１３１〜１３６の知覚グレイスケールが５０、仮想画素１３７の知覚グレイスケールが１０）の明るさは、図５に示すように光源１１４の光強度を１００から２００へと２倍にすることで補正される。これにより仮想画素アレイ１３０の仮想画素１３１〜１３６の知覚グレイレベルを目標値１００にすると同時に、仮想画素１３７を目標値２０に戻すことができる。
【００１９】
物理画素アレイ１２０の振動型移動は１つの画素を変位させるだけではないことを理解されたい。図６は図３に示す本発明の実施形態にほぼ対応する図であり、物理画素アレイ１２０の３つの画素の変位を示す。図２〜図５に示す例とは異なり、図６の全画素群の目標レベルは１００であり、故障した１つのディスプレイ要素に対応する画素のグレイレベルは０である。図示する変位により、光を１つの故障変調器から３つの画素間に拡げ、知覚レベルを目標グレイレベル値１００に戻すために必要な光源１１４の強度を下げることができる。ある実施形態では、振動型画素変位は、適当なアクチュエータおよび適切な高速切り替え速度をもつ画素アレイの使用により、５列、１０列、またはそれ以上の列（もしくは行）に対応することができる。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態では、振動型移動は二次元であってもよい。図３に示す本発明の実施形態にほぼ対応する図７では、物理画素アレイ１２０の二次元変位を示す。移動は、１つのディスプレイ要素を一列左、一行上、一列右、そして一行下へさがって元位置へ、という連続移動を繰り返して行われる。ここでもまた、全画素の目標値は１００であり、１つの故障したディスプレイ要素に対応する画素のグレイレベルは０である。この二次元変位によって、光を故障変調器から４つの隣接画素間に拡げ、知覚レベルを目標グレイレベル値１００に戻すのに必要な光源１１４の強度を下げることができる。実施形態によっては、振動型画素変位の振動パターンを変えてもよい。例えば、１０画素分列左、一行上、１０画素分列右、そして一行下へさがって元位置へ、という連続変位を繰り返して移動を行い、図７に示す正方形軌道と比較して高比率の矩形画素変位軌道を示すこともできる。
【００２１】
本発明の理解に役立てるために、上述した画像処理およびディスプレイメカニズムを図８に概略的に示す。光変調器故障補償システム８０は、光変調器故障識別ユニット８１に誤動作している光変調器（一次元または二次元物理画素アレイ中のディスプレイ要素）を特定させる。故障識別は、ディスプレイ製造施設において一回だけ電子的または光学的検査として行ってもよい。より好適にはディスプレイ装置のウォームアップまたは動作中に同時進行で故障識別を行う。光学的識別は、アレイを検査してどのディスプレイ要素が異常に明るいかまたは異常に暗いかを判断するだけでよい。電子的識別は、各光変調器の光学状態（グレイレベル）を切り替えさせる。その間に静電容量、抵抗、または他の適当な電気的切り替え応答特性を測定し、不適切な電気的応答があった光変調器を故障として識別する。例えば、スティクション、サポートの損傷、またはデブリによる妨害によって非反射状態に保持されている静電駆動されたマイクロミラーは、切り替え時に通常予想される静電容量の変化を示さないので、故障した光変調器として識別できる。
【００２２】
光変調器のどれかが故障していれば、振動型画素変位ユニット８２を用いて、２つ以上の物理画素から観察者が見る仮想画素アレイ中の各仮想画素へ光を分配する。物理画素アレイは、物理アレイの光を周期的に変位させる機械的（図４〜図７参照）、光学的（以下の図９参照）、または光学機械的（以下の図１０参照）技術によって移動させられる。物理画素アレイの移動の長さ、方向性、速度、および経路は、オンボードまたは外部ディジタルまたはアナログコントローラによって制御され、かつ任意で調整されてより優れた画像補償を行うことができる。例えば、初期の光分配には２つまたは３つの画素の移動シフトをともなう物理画素アレイの一次元移動が適当かもしれないが、より多くの光変調器が故障するに従って、適切な画像品質を与えるにはより高速の二次元移動が必要となりうる。
【００２３】
光変調器故障識別ユニット８１および振動型画素変位ユニット８２からの位置および速度情報が、画像シフト補償器ユニット８３中の画像処理ソフトウェアまたはファームウェアへ送られる。ここでもやはり、ソフトウェアは図１に示すように基板上に直接形成されるオンボードのものであってもよいし、振動型画素変位ユニット８２および画素像ディスプレイの駆動に必要なエレクトロニクスに接続された別個のメモリおよびロジックモジュール（ディジタルまたはアナログ）であってもよい。画像シフト補償器ユニット８３は、振動型画素変位ユニット８２と協調して画像位置のシフトに使用される。画素像を示すのに用いられるディジタル情報が、物理アレイの移動と協調して１つ以上の画素分だけ周期的にシフトされることにより、２つ以上の物理画素が一緒になって１つの仮想画素を形成する。例えば、各画素を物理的に２画素分ずつ左へ移動すると、画素像ディスプレイは２画素分右へ移動し、これにより実際には３つの物理画素によって１つの仮想画素に光が与えられていても、各画素を変化なくかつぼやけることなく見せることができる。
【００２４】
当業者には理解できるように、画像シフト補償器ユニット８３は、様々な超鋭敏技術（ｈｙｐｅｒａｃｕｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いることで、任意にサブ画素ディスプレイ精度をよくすることができる。この場合、例えば、特定の光変調器群が、画素の整数倍距離においてだけでなくある整数倍距離と次の整数倍距離との中間距離においても点灯されていれば、サブ画素のエッジ設定が可能となる。タイミングに基づく超鋭敏技術では、通常、物理アレイをより高い周波数で振動させることが要求されるが、有効なディスプレイ解像度を上げることができ、特に観察者として人間が容易に検知できるエイリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）特徴を最小限にするのに有用である。
【００２５】
任意の超鋭敏タイミング情報を含む、ユニット８１、８２および８３からの情報は、画像強度リスケーリングユニット８４へ送られる。図２〜図５のところで説明したように、リスケーリングユニット８４は物理画素アレイ中の一部またはすべての光変調器の表示するグレイレベルを修正する。画像強度リスケーリングユニット８４がこのグレイレベルの調整を制御し、通常は、故障した光変調器の隣に位置する光変調器について最もグレイレベルの差分調整が必要となり、また物理画素と仮想画素との相対位置に応じてグレイレベルの迅速な切り替えが必要となる。
【００２６】
全体に生じた明るさの損失は、図１の光源５０に対応する可変光源強度増大ユニット８５を使用して補正する。画像の明るさの損失を補償するには、光源強度増大ユニット８５の明るさを上げればよい。この明るさ補正は、より多数の物理画素群が１つの仮想画素を示す場合のほうが容易である。完全に補正された画像８６を提供するには、図２〜図５のところで説明した例などのように物理画素と仮想画素との比率が２：１の場合は光源の明るさを２倍にする必要があるが、この比率が１０：１の場合は明るさを約１０％上げるだけでよいからである。当業者には理解できるように、点欠陥または線欠陥の場合に比べて、全体的または局所的な明るさのばらつきについては観察者の許容度が大きいため、観察者の期待を満足させるために可変光源強度増大ユニット８５を使用しなくてもよい場合がある。このような場合は、適宜補正された画像８６が表示され、故障した画素近傍の明るさの損失は知覚できない程度か、または少なくとも観察者にとって目障りとならない。また、本発明は故障した画素領域中で画像表示強度を選択的に調整することを企図しており、遠く離れた領域、例えば故障画素から１０〜１００画素離れた領域などに対しては最小限のまたは無視できる程度の補正を行う。ここでもやはり、人間の目による知覚には限度があるので、このように制約された補正であっても観察者にとって適切な故障補償を提供することができる。
【００２７】
二次元光変調器アレイの機械的または光学的移動は、常に段階的平行移動である必要はなく、複数の画素の距離にわたって連続移動してもよく、方向転換が必要になったときに加速および減速を行うようにしてもよい。このような連続移動軌跡のため、物理画素群は仮想画素位置に応じて、その位置占有時間が異なる。適切な変形を行えば、画像シフト補償器ユニット８３は効果的なアレイ移動の位置および速度についての情報を利用して、図８のところで説明したような適切な画像シフトおよび強度補正を判定することができる。例えば、２０画素分の距離にわたる振動型平行移動では、移動速度は振動中心では均一であるが、端部では遅くなる。画像シフト補償器ユニット８３は、位置フィードバック、速度フィードバック、または時間の関数となる動作等の動作を規定する他の手段によって移動に関する情報を入手し、必要な補正を行って、ぼやけのない像を表示することができる。
【００２８】
図１のところで説明したようにアレイを物理的に移動させることによって２つ以上の物理画素を各仮想画素に対応させることに加えて、かかる対応関係を様々な光学的または光学機械的技術によって作りだすことも可能である。例えば、図９は、ディスプレイ中の故障、欠陥、または動作が断続的な画素群を機械的または光学的に補償するメカニズムを支援可能なフォールトトレラントディスプレイシステム２１０の一部破断斜視図である。説明のため、図９は、固定基板２１２に対して回転するように固定載置された回動ミラー２４４からなる行列物理アレイ２４２を有するミラーベースの反射ディスプレイ２４０を示す。ただし当業者には理解できるように、本発明は図１のところで説明した等の様々な他の反射型または透過型ディスプレイ装置を使用してもよい。
【００２９】
物理アレイ２４２中の各回動ミラー２４４の双安定位置を制御することによって、スクリーン２８２上に仮想グレイスケール画素アレイ像２８０を生成することができる。このとき各ミラー２４４は選択的に制御されて、入射光を吸収体（図示せず）へ反射させるか、またはアクチュエータ２７２上に回動可能に取り付けられた画素像変位ミラー２７０を介してスクリーン２８２へ直接、または投写光学系、拡大鏡、もしくは固定反射器（図示せず）を介して反射させる。図９に示すように、光源２５０からの入射光２５６は光変調器群からなる物理アレイ２４２に当たって、所望の像パターンで画素像変位ミラー２７０へ反射する。画素像変位ミラー２７０はアクチュエータ２７２によって１０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１０００Ｈｚまたはそれ以上の周波数で回転させられることによって、光ビームを仮想グレイスケール画素アレイ像２８０の１つ以上の仮想画素に対応する距離だけ変位させる。画素像変位ミラー２７０を矢印２７４方向に回動させるアクチュエータ２７２の動作は、静電引力、電磁引力、圧電振動子、可動リニアステージ、角度のついたアーム、またはミラー２７０を周期的に回転もしくは移動させる他の従来のメカニズムによって行われる。この動作は一次元、二次元、または三次元でも行うことができる。
【００３０】
図１のところで説明したのと同じ方法で、オンボード制御エレクトロニクス２９０を、図８のところで説明したミラー故障識別、画像リスケーリング、任意の超鋭敏処理、および仮想画素移動用のミラー２７０の制御を含む各種画像処理モジュールユニットの実行に使用できる。一般に画素像変位ミラー２７０は、仮想グレイスケール画素アレイ像２８０の各行または各列の距離の整数倍に対応する距離だけ移動させられる。例えば図９の実施形態では、画素像変位ミラー２７０はグレイスケール画素アレイ像２８０の各行２８４が隣行２８６の位置をわずかな時間の間占有するのに十分な距離だけ回転できる。画素像変位ミラー２７０の二次元移動を用いることにより、完全な二次元移動による画素変位も可能になる。
【００３１】
図１０は、損傷のある物理画素アレイのフォールトトレラントな補正を行う本発明のさらに他の実施形態を示す。フォールトトレラントディスプレイシステム３１０は、固定基板３１２上に取り付けられた冗長アレイ３８５を支持して、機械的または光学的にディスプレイ中の故障、欠陥、または動作が断続的な画素を補償する。システム３１０は、基板３１２に対して双安定に回転するように取り付けられた回動ミラー３４４からなる行列物理アレイ３４２を有するミラーベースの反射型ディスプレイ３４０を含む。反射型ディスプレイ３４０はさらに、図１のところで説明したのと同じ可動部材３１４上に取り付けられて、アレイ３４２の振動型移動を支持する。当業者には理解できるように、本発明には図１のところで説明した他の各種反射型または透過型ディスプレイ装置等を使用できる。また、本発明の他の実施形態の動作には複数の冗長行または列を用いてもよく、物理アレイ３４２の全行または全列をすべて複製することも本発明の範囲内である。
【００３２】
光変調器群からなる物理アレイ３４２中の各回動ミラー３４４の双安定位置を制御することでスクリーン３８２上に仮想グレイスケール画素アレイ像３８０を作成することができる。各ミラー３４４は選択的に制御されて、入射光を吸収体（図示せず）へ反射させるか、またはスクリーン３８２へ反射させて仮想画素アレイ像３８０を示す。画素に欠陥がない場合は、光変調器群の冗長アレイ３８５に当たる光源３５０からの入射光３５６は、通常はスクリーン３８２へ反射する。光変調器にいくつかの点欠陥がある場合は、物理アレイ３４２が圧電振動子３１４によって方向３１６または３１８へ振動させられ、図８のところで説明したような各種画像処理技術によって適切な故障補正が行われる。ただし、物理アレイ３４２中に非常に多数の隣接する光変調器の故障があり、非作動仮想画素群（故障仮想行３８６等）が生じる場合は、上述したような技術では故障を完全に補償することはできない。
【００３３】
しかし、図１０における本発明の実施形態では、多数の行または列の故障の大規模な補償が可能である。画素像変位ミラー３７０はアクチュエータ３７２によって矢印３７４方向に回転し、冗長アレイ３８５から反射した光ビームを、最初の仮想位置行３８４から故障仮想行３８６位置へとマッピングすることができる。図９のところで説明した本発明の実施形態と同じく、ミラーを回動させるアクチュエータ３７２の動作は、静電引力、電磁引力、圧電振動子、可動リニアステージ、角度のついたアーム、または画素像変位ミラー３７０を周期的に回転または移動させる他の従来のメカニズムによって、一次元、二次元、または三次元で行うことができる。画素像変位ミラー３７０は、冗長行からの仮想画素像を故障画素の行に重なるような位置に固定することができる。これはミラー位置を一回だけ調整することによって行ってもよく、またはより一般的には、光変調器故障識別ユニット（図８のところで説明したもの等）の動作後にミラーをダイナミックに移動して、冗長仮想画素と故障仮想画素とをオーバラップさせることができる。本発明のある実施形態では、多数の冗長行、例えば物理アレイ３４２中に存在するすべての冗長行を、物理アレイ３４２の横に配置できる。実際には、欠陥の大きい２つの物理アレイを、重なり合う１つの仮想アレイを投写するよう位置決めすることができ、第２の物理アレイは第１の物理アレイ中の故障画素と交換する位置にある画素だけを必要に応じて点灯する。本発明のこの実施形態によって、コストの高い２つの欠陥物理アレイ群を協働させて、欠陥のないアレイをエミュレートできる。現在、各種の高画素密度物理アレイの故障率は８０％から９０％に達しているので、本発明の２つの欠陥物理アレイを組み合わせる方法はコストを下げる効果が高いといえる。
【００３４】
図１０に示す冗長行および物理行アレイからの仮想投写を重ね合わせる方法は、図１〜図８のところで説明した等の振動型故障補償メカニズムとともに用いることが可能である。この場合、圧電振動子３１４の動作によって、光変調器は矢印３１６または３１８方向に振動しており、画素像変位ミラー３７０は図９のところで説明したのと同じ方法で一次元または二次元に回転して、物理アレイの振動移動を追尾する。これにより冗長アレイの仮想投写によって大規模な行欠陥を完全に補償できると同時に、図１〜図８のところで説明した等の振動型移動および画像処理を用いて、特定された画素故障を補正することができる。さらに、当業者には理解できるように、振動型移動はアレイ端部上の故障画素の簡単な交換が可能である。例えば、物理アレイを、交換用の仮想画素を与える位置に一時的に移動させることのできる１０または２０の数からなる行または列の冗長アレイで取り囲むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態である可動部材によって固定基板に取り付けられた二次元光変調器アレイを示す斜視図である。
【図２】 可変強度の光源を変調するグレイスケール光変調器アレイの概略図である。
【図３】 図２の光変調器アレイであって、欠陥補償のために横に移動させて暗い欠陥画素と隣接する画素との間で光を共有させた様子を示す概略図である。
【図４】 図３の光変調器アレイであって、光を共有させた画素と残りの画素の画像強度を一致させるために、リスケーリングして画像強度を調整させた様子を示す概略図である。
【図５】 図４の光変調器アレイであって、図２のグレイスケール背景に近似する希望のグレイスケール強度を与えるように光強度をリスケーリングした様子を示す概略図である。
【図６】 暗い欠陥画素といくつかの隣接する画素との間で光を有効に共有するように複数の列が物理的に変位された光変調器アレイを示す図である。
【図７】 暗い欠陥画素といくつかの隣接する行および列の画素との間で光を有効に共有するために二次元で物理的に変位された光変調器アレイを示す図である。
【図８】 光変調器補償システムの実施に使用されるモジュールを概略的に示すフローチャートである。
【図９】 光振動画素変位システムを示す斜視図である。
【図１０】 機能していない光変調器の行または列を取り替えるための複数の冗長行または列を有する他のフォールトトレラント光変調器アレイ投写システムを示す図である。
【符号の説明】
１０ フォールトトレラントディスプレイシステム、１２ 固定基板、１４ 可動部材、２０ 透過型ディスプレイシステム、２２ 光源、２４ 行列アレイ、２６ 吸収ディスプレイ要素、２８ 透過ディスプレイ要素、３０，３２ 入射光、４０ 反射型ディスプレイシステム、４２ 行列アレイ、４４ 回動ミラー群、４６，４８ 回動ミラー、５０ 光源、５２，５６ 入射光、５４，５８光線、９０ 制御エレクトロニクス。

Claims (1)

1. フォールトトレラントディスプレイシステムであって、
   固定基板と、
   可変強度の光ビームを生成する光源と、
   前記光源からの前記可変強度の光ビームを受けるように位置決めされた二次元光変調器アレイであって、第１の行と第２の行とに配列された複数の光変調器を有し、前記第１の行は前記固定基板に対して第１の行位置にあり、前記第２の行は前記固定基板に対して第２の行位置にあり、前記二次元光変調器アレイは、前記複数の光変調器によって前記光源からの光ビームを変調することにより、複数の仮想画素を有する仮想画素アレイを生成する、二次元光変調器アレイと、
   前記二次元光変調器アレイを前記固定基板に取り付ける可動部材であって、前記第２の行が故障した光変調器を含む場合、前記第２の行に対応する仮想画素が少なくとも前記第１の行と前記第２の行とによって生成されるように、前記第１の行を前記第１の行位置から実質的に前記第２の行位置を占有する位置に繰り返し移動させる可動部材と、
   前記可動部材が前記第１の行を繰り返し移動させる場合、前記仮想画素アレイのうち少なくとも前記故障した光変調器に対応する仮想画素の近傍の領域に正しい相対グレイスケールをもたせるように、少なくとも前記故障した光変調器の近傍の光変調器の見かけの表示強度を調整する画像リスケーリングモジュールと、
   前記表示強度の調整により生じた前記仮想画素アレイの明るさの損失が補償されるように、前記可変強度の光ビームの強度を上げる光源強度制御部と、
   を含むことを特徴とするフォールトトレラントディスプレイシステム。

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