JP5232245B2 - レーザ投影のホワイトバランスのトラッキング - Google Patents

Description

本発明は一般に言うレーザ投影システムに関し、特にレーザ投影システムにおけるホワイトバランスのトラッキング（追跡）に関する。

レーザダイオードは、電流がダイオードを通過するときに発光する。レーザダイオードの放射輝度は、ダイオードを通過する駆動電流の変動に従って変動する。レーザダイオードの放射輝度は、他の要因によっても変化する。例えば、レーザダイオードの放射輝度は、時間の経過と共に変化する。また例えば、レーザダイオードの放射輝度は、ダイオードの温度が変化することに伴って変化する。このことは、レーザダイオードの「自己発熱」をもたらすヒストリカルな駆動電流（履歴駆動電流）と同様に、周囲の温度の変化により影響を受ける可能性があるために、時に問題となり得る。

光の発生のためにレーザダイオードを利用するカラープロジェクタは、経時劣化（エージング）、温度変化、およびその他の要因の結果として、輝度と色のバランスの変化に悩まされることがある。表示された画像の輝度はそれぞれの色のレーザダイオードの放射輝度の変化に伴って、変化することがある。異なる色のレーザダイオードが、放射輝度に影響する要素（例えばエージング、温度など）に対して異なる反応を示す場合には色のバランスも影響を受けることがある。

図１は輝度およびホワイトバランスのトラッキング機能を備えたレーザ投影装置を示している。 図２は国際照明委員会（ＣＩＥ）の色度図を示している。 図３はマイクロプロジェクタを示している。 図４はマイクロプロジェクタを示している。 図５は輝度およびホワイトバランスのトラッキング機能を備えたレーザプロジェクタを示している。 図６は輝度およびホワイトバランスのトラッキング機能を備えたレーザプロジェクタを示している。 図７は温度補償レーザプロジェクタのカラーチャネルを示している。 図８は本発明の様々な実施形態によるモバイル装置を示している。 図９は本発明の様々な実施形態によるフローチャートを示している。

以下の詳細な説明では、添付の図面を参照に付して、例示の目的で、本発明を実施する特定の実施例について説明している。これらの実施例は、専門家であれば本発明を実施することができる程度に十分に詳細に説明されている。本発明の様々な実施太陽は、異なっていても必ずしも相互に排他的なものではない。例えば、一つの実施携帯に関して説明されている特定の特性、構造または特徴は、他の実施例でも本発明の範囲と精神から逸脱せずに実施することができる。これに加えて、各々の開示された実施例における個々の要素の配置や構成は、本発明の精神や範囲から逸脱することなく改変することができる。従って以下の詳細な説明は、限定して理解されるべきではなく、本発明の範囲は添付の「請求の範囲」にのみによって定義され、請求項の均等物の最大範囲で適切に解釈されるべきである。図面では類似の番号は、図面を通じて同じか、または類似の機能を示している。

図１は輝度とホワイトバランスとのトラッキング機能を備えたレーザ投影装置を示している。装置１００は、画像処理回路１３０、放射輝度の駆動電流へのマッピング要素１１０、レーザプロジェクタ１２０および輝度とホワイトバランスのフィードバック回路１５０を備えている。

運用時に、レーザプロジェクタ１２０は画像を“描画”するためにビームを水平な前後、および垂直な上下に走査する。光の放射輝度は、表示面上の画素を照らすために、離散した個々の点で変化する。画像処理回路１３０は、画像の中の画素の位置で表示対象である１以上の色の放射輝度を決定する。回路１３０はノード１０２の「指定された放射輝度」をマッピング要素１１０へ提示する。マッピング要素１１０は指定された（命令された）放射輝度をノード（接続ポイント）１０４の駆動電流値にマッピング（写像、図化）する。レーザプロジェクタ１２０は、ノード１０４の駆動電流値を受領して、符号１４０で示される光を投射する。実施態様によってはレーザプロジェクタ１２０がノード１０４の変化する電流を受領し、レーザダイオードを送る。他の実施態様では、レーザプロジェクタ１２０はノード１０４のデジタルデータを受領し、レーザプロジェクタ１２０はレーザダイオードを通過する電流を発生させるためにデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を備えている。

レーザプロジェクタ１２０は、周囲の温度の変化に基づいて温度上昇または温度下降するレーザダイオードを含むこともできる。更にプロジェクタ１２０内のレーザダイオードは、発光時に温度上昇する。更に複数のヒストリカルな駆動電流はレーザダイオードに対して累積的熱作用を及ぼす可能性がある。レーザダイオードの温度が変化するにつれて、その時の駆動電流も変化する。これは表示画像の全体的な輝度（明るさ）の変化をもたらす。その他の要素も時間の経過と共にレーザダイオード放射輝度に影響することがある。例えばレーザダイオードの放射輝度はエージングによって変化することがある。

いくつかのレーザダイオードは、他のものよりも温度変化に更に敏感である。例えば緑色のレーザダイオードは、赤色や青色等の他の色のダイオードに比べて温度変化に更に敏感である。あるレーザダイオードが他のものよりも更に敏感である場合、表示画像の色のバランスは温度の関数として変動する可能性がある。

輝度と色のバランスとのフィードバック回路１５０は、温度変化と他の要因の作用に対処し、マッピング要素１１０内で指定された放射輝度の駆動電流値へのマッピングを修正する。実施態様によっては、マッピングは輝度変化だけを補正するために修正される。他の実施態様では、マッピングは色のバランスだけを補正するために修正される。更に別な実施態様では、マッピングは、色のバランスおよび輝度を補正するために修正される。輝度と色のバランスのフィードバック回路の様々な実施態様については後出の図面を利用して更に説明する。

輝度と色のバランスのフィードバック回路１５０は、画像処理回路１３０から指定された放射輝度の値を受領し、レーザプロジェクタ１２０から測定された放射輝度の値も受領する。輝度と色のバランスのフィードバック回路１５０は、指定された放射輝度の値を測定された放射輝度の値と比較し、輝度および/または色のバランスの変化を補正するために放射輝度の駆動電流へのマッピングを修正する。

図２は国際照明委員会（ＣＩＥ）色度図を示している。色度図２００は、人間の目で観察可能な全色を表わす包絡線（エンベロープ）２１０を含んでいる。この包絡線２１０内で、三角の領域２２０は標準的な赤/緑/青（ｓＲＢＧ）表示装置で生成可能な全色を囲む典型的な色度領域を表わしている。領域２２０は三原色の点である赤２５０、緑２３０、および青２４０の中の領域として定義されている。

図２に示すように、ＣＩＥのＸ‐Ｙ色度座標では、赤は（０．６４００，０．３３００）、緑は（０．３０００，０．６０００）および青は（０．１５００，０．０６００）に存在する。いかなるＲＧＢの色彩空間も同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの負でない値が、三原色によって定義される色の三角領域すなわち人間が視認可能な色範囲の中に存在する、色度域の外部の色を表すことは不可能である。

点２６０は「白点」を表わしている。白点は画像捕捉または再生における“白色”を定義するための色度座標のセットである。白の異なる定義を利用形態に基づいて使用することもできる。白点２６０は（０．３１２７，０．３２９０）でＣＩＥ Ｄ６５の白点として示されている。Ｄ６５の白は、文献の中で一般的に色度図として定義されている。Ｄ６５の白点は、本発明の様々な実施態様において色のバランスを説明するための白点の例として説明されている。本発明はＤ６５の白点に限定されない。本発明の範囲から逸脱せずにどんな白点も利用できる。

レーザダイオードはレーザ投影システムで放射輝度を変化させるため、白点が校正値から移動することもある。例えばＤ６５の白に校正されたレーザプロジェクタは、カラーレーザダイオードが異なる放射輝度の変化を温度の関数として有する場合には、Ｄ６５以外の白点を表示するかもしれない。緑色のレーザダイオードが赤色のレーザダイオードと青色のレーザダイオードよりも更に温度に対して高感度である場合には、表示された白点は温度が上昇するにつれて緑点２３０から離れ、温度が下降するにつれて緑点２３０側に移動するであろう。

本発明の様々な実施態様では１以上のレーザダイオードの放射輝度を測定し、その測定された放射輝度の値を放射輝度の予測値と比較する。放射輝度の駆動電流へのマッピングは放射輝度の予測値と測定された放射輝度の値との間の差を補償するよう更新できる。例えば図１に示すように、レーザプロジェクタ１２０は測定された放射輝度の値を輝度と色フィードバック回路１５０に提供することができる。フィードバック回路１５０も放射輝度の予測値値を画像処理回路１３０から受領する。放射輝度の駆動電流へのマッピング要素１１０はその後に輝度と色のバランス回路１５０によって更新される。

実施態様によっては、放射輝度の駆動電流へのマッピングは全三色のために更新される。その他の実施態様では、放射輝度の駆動電流へのマッピングはこれらの三色のうちの一色だけのために更新される。マッピングは輝度だけを補正するために更新することもでき、あるいはホワイトバランスを追尾するために更新することもできる。実施態様によっては、様々な色間の放射輝度比はＤ６５白点を維持するためにセットされる。

図３はマイクロプロジェクタを示している。プロジェクタ３００を装置１００（図１）でレーザプロジェクタ１２０として使用することもできるが、本発明を限定しない。

プロジェクタ３００はレーザダイオード３０２、３０４および３０６を備えている。プロジェクタ３００もミラー３０３、３０５および３０７、フィルタ/偏光器３１０、およびミラー３２０を有する超小型電子機器（マイクロエレクトロニクスマシン：以下ＭＥＭＳとも言う）装置３１８を備えている。レーザダイオードは図１との関連で説明したように赤色、緑色、および青色の放射輝度データ（電流）によって駆動される。赤色光、緑色光および青色光はレーザダイオードによって提供される。レーザダイオードは典型的には柱状光として発光し、この柱状光は幅の狭いビームとして現れる。各ビームがＭＥＭＳミラーで（直接的またはガイド光学部品を介して）方向付けられるとき、光の色は画素毎にミラー表面で混合できる。

ＭＥＭＳミラーは光線を水平方向と垂直方向の両方に走査（スイープ）するために２軸上で回転する。光線の軌跡は走査ドライブから受領した信号の関数である。実施態様によっては、光線は水平で前後に正弦パターンで走査できる。更に実施態様によっては光線は垂直で上下に正弦パターンで走査できる。一般的には光線は、線状および非線状パターンを含む水平パターンおよび垂直パターンのあらゆる組合せで走査される。画素は、光線が一方向または双方向に走査しているときに表示される。例えば実施態様によっては画素は光線が垂直下方に走査するときに表示されるが、光線が上方に戻って走査するときには表示されない。また、実施態様によっては、画素は光線が垂直下方に走査するときにも、光線が垂直上方に走査するときにも表示される。

この画像構築プロセスは、動画を再生するために秒あたり多数回繰り返される。そのためＭＥＭＳミラーと三色光源は、金属およびガラス真空管およびスクリーン上の蛍光体を必要とせずに従来のＣＲＴモニターまたはテレビジョンセットのように機能することができる。従来のものとは異なり、これはほぼ無限大の焦点の小型プロジェクタを製造する。

均一状態の色を発する連続光線レーザダイオードを利用して、ミリスケールでそのような投影装置を構築することが可能である。更に必要に応じて各レーザダイオードへの電力を変調させることで特定色を生成し、そのような装置の需要電力を大幅に減少させることが可能である。これらによって、小型装置に合う投影装置を提供し、蓄電されたバッテリ電力で信頼度高く運用できる。このＭＥＭＳ利用プロジェクタは実施例であり、本発明の様々な実施態様は本発明を限定しない。例えばその他のプロジェクタタイプも本発明の範囲から逸脱することなく、輝度と色のバランス機能を備えた投影システムに利用できる。

プロジェクタ３００は光検出器（ＰＤ）３４０、３５０および３６０も備えている。光検出器３４０、３５０および３６０はそれぞれがミラー３０３、３０５、および３０７を通過する異なる色光を検出するように連携している。ミラー３０３、３０５および３０７は光の所定量を光検出器に通過させ、残りの光をミラー３１０へ反射させる。光検出器は３７０で測定された放射輝度の値をフィードバック回路３７０へ供給する。

光検出器はミラー３０３、３０５および３０７の後ろ側で光を検出しているように示されているが、これは本発明の限定要素ではない。本発明の様々な実施態様では、光検出器は光の異なる色を検出するために様々な位置に配置されている。

図４はマイクロプロジェクタを示している。プロジェクタ４００を装置１００（図１）でレーザプロジェクタ１２０として利用してもよいが、本発明を限定しない。

プロジェクタ４００はレーザダイオード３０２、３０４および３０６、ミラー３０３、３０５および３０７、フィルタ/偏光器３１０、およびミラー３２０を有するマイクロエレクトロニクスマシン（ＭＥＭＳ）装置３１８を備えており、これら全ては図３との関連で説明した。プロジェクタ４００は、フィルタ/偏光器３１０の後ろ側に設置された集積光検出器４６０も備えている。光検出器４６０は全三色のために光を検出し、測定された放射輝度の値のデータをプロセス４７０で三色の全てのレーザダイオードに提供する。

集積光検出器４６０はフィルタ/偏光器３１０の後ろ側に配置して図示されているが、これは本発明を限定しない。例えば光検出器４６０を複数のレーザダイオードの放射輝度測定に適したどの箇所に設置してもよい。

図５は輝度トラッキング機能を備えたレーザ投影装置を示している。レーザ投影装置５００は放射輝度から電流への（Ｒ−Ｉ）マッピング要素５０２、他の補正回路５０４、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）および駆動装置５０６、レーザダイオード５０８、光検出器（ＰＤ）５１０、インピーダンス増幅器５１２、積算器５１４、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）５１６、測定された放射輝度の値の補償および校正回路５２２、放射輝度積算回路５５２、指定された放射輝度補償および校正回路５５４、減算器５２８、およびＲ−Ｉマッピング補正要素５３０を備えている。

運用時に、指定された放射輝度値がＲ−Ｉマッピング要素５０２へ供給され、駆動電流値を回路５０４とＤＡＣ/駆動装置５０６へ提供する。ＤＡＣ/駆動装置５０６はレーザダイオード５０８を通じて駆動されるアナログ駆動電流を発生させる。Ｒ−Ｉマッピング要素５０２は指定された放射輝度値からレーザダイオード電流値へのマッピングを保存できる修正可能な装置である。例えばＲ−Ｉマッピング要素５０２は検索用の一覧表（以下ルックアップテーブルとも言う）を保有するランダムアクセスメモリデバイスでよい。実施態様によっては、ルックアップテーブルは、１つのポートから修正でき、別ポートから「検索」できるデュアルポイントメモリで活用できる。別な実施態様では、Ｒ−Ｉマッピング要素は放射輝度値を駆動電流値にマッピングするための演算関数でよい。Ｒ−Ｉマッピング要素は本発明の範囲から逸脱することなくいかようにも利用できる。

補正回路５０４は、表示画像に適したあらゆる補償または変換機能を含むことができる。例えば補償回路５０４はガンマ補正等の色補正機能を含むことができる。あらゆるタイプの補償または補正を本発明の範囲から逸脱せずにデジタル駆動電流値に活用できる。

ＤＡＣ/駆動装置５０６はデジタル・アナログ変換器およびレーザダイオードを駆動させるために駆動回路を備えている。ＤＡＣは任意数のデジタル入力ビットを受け入れることができ、任意の解像度を有することができる。例えば実施態様によっては、ＤＡＣは８、１０またはそれ以上の数の入力ビットを受け入れることができる。駆動回路はレーザダイオードを駆動させるに適した増幅器やドライバ等のアナログ回路を含むことができる。

レーザダイオード５０８は駆動電流に反応して発光する。レーザダイオード５０８は、投影装置で利用できるいかなるレーザダイオードでもよい。例えばレーザダイオード５０８はダイオード３０２、３０４または３０６（図３と図４）のうちの一つでよい。

光検出器５１０は、レーザダイオード５０８の放射輝度を測定する。ＰＤ５０１は、図３に示すようなものを含むどんな光検出器でもよい。光検出器は典型的には測定光の関数である電流を出力する。トランスインピーダンス増幅器５１２はＰＤによって提供される電流を電圧に変換する。トランスインピーダンス増幅器５１２からの電圧出力は、積算時間にわたりトランスインピーダンス増幅器出力の平均値を提供するために積算器５１４によって積算される。積算時間はどんな長さでもよい。実施態様によっては、積算時間はトランスインピーダンス増幅器出力のシグナル対ノイズ比（ＳＮＲ）を増加させるよう十分に長いが、急速輝度補正を可能にするよう十分に短い。実施態様によっては、光検出器の固有の応答時間のために積算器５１４は光検出器に組み入れられる。例えばレーザダイオードは画素ベースでパルス光を放出することができ、光検出器の出力は複数の画素に対して光検出器に入射する光の平均量を反映することができる。

ＡＤＣ５１６は積算器５１４（またはトランスインピーダンス増幅器５１２）の出力をデジタル値に変換し、そのデジタル値を測定された放射輝度の値の補償/校正回路５２２に提供する。回路５２２はレーザダイオード５０８の後方に配置された回路の影響を除去するために補償および校正変換を受領値に適用する。例えば光検出器とトランスインピーダンス増幅器は、補償/校正回路５２２によって補償される伝達関数を有することができる。補償/校正回路５２２の出力はレーザダイオード５２３の実際の放射輝度を忠実に表わそうとする。

指定された放射輝度は積算器５１４と同じ時間にわたって積算する放射輝度積算回路５５２に提供される。実施態様によっては、積算器５１４は省略され、積算回路５５２はＰＤ５１０等の測定経路内の回路の固有の応答に調和するように一定時間にわたって積算する。

指定された放射輝度補償および校正回路５５４は、レーザダイオード５０８前方に配置された回路の影響を除去するため、補償と校正変換を受領値に適用する。例えばＤＡＣドライバ増幅器は補償および校正回路５５４によって補償される変換関数を有することができる。補償および校正回路５５４はプロセス５５５でレーザダイオードによって実際に発生する放射輝度の予測値値を表すように試みる。

減算器５２８は指定された放射輝度と測定された放射輝度の値を比較し、誤差の値を算出する。誤差の値はＲ−Ｉマッピング補償要素５３０へ提供され、その後にＲ−Ｉマッピング要素５０２を条件付きで修正する。Ｒ−Ｉマッピング要素５０２はルックアップテーブルを更新するか、または要素５０２内で活用される演算関数を更新することで修正される。指定された放射輝度値５５５と測定された放射輝度の値５２３とを調和させることで、レーザダイオード輝度の変化が減少する。例えば温度変化によって生じる輝度の変化が減少できる。

図５に示すフィードバックループは様々な出力光レベルで継続的に運用できる。例えば指定された放射輝度が表示画像（ビデオまたは静止画）の画素に対応するとき、積算時間にわたって出力光レベルは画像の異なる部分で変化するであろう。実施態様によっては、Ｒ−Ｉマッピング補償要素５３０は様々な光レベルで補償データを収集し、Ｒ−Ｉマッピング要素５０２に保有される変換関数のオフセット（偏差）とゲインを収集する。実施態様によっては変換関数は２つのデータポイントに基づいて修正される。例えば、Ｒ−Ｉマッピング要素のデータのためのオフセットとゲインを決定するために、低い光レベルのデータポイント、およびより高い光レベルのデータポイントを利用できる。他の実施態様では、Ｒ−Ｉマッピング補正要素５３０は多くの光レベルでデータを収集し、Ｒ−Ｉマッピング要素５０２のために全く新規な変換関数をマップアウトすることができる。

図５に示す様々な要素を本発明の範囲から逸脱せずに多くの異なる方法で利用できる。例えば、実施態様によってはハードウェアまたはソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組合せで利用できる。特殊な実施態様（限定しない）として、補償/校正回路５２２と５５４、および/またはＲ−Ｉマッピング補正要素５３０を専用ハードウェア回路またはパラメータ化されたハードウェア回路で利用できる。更に補償/校正回路５２２と５５４、および/またはＲ−Ｉマッピング補正要素５３０をプロセッサ実行ソフトウェアインストラクションによって利用することができる。

図６は、輝度と色のトラッキング機能を備えたレーザ投影装置を示している。レーザ投影装置６００は赤色/緑色/青色（ＲＧＢ）の放射輝度から電流への（Ｒ−Ｉ）マッピング要素６０２、ＲＧＢ ＤＡＣ/ドライバ６０６、ＲＧＢレーザダイオード６０８、ＲＧＢ光検出器および関連回路６２０、デジタルフィルタ６４０、および輝度と色のトラッキング補正要素６３０を備えている。レーザ投影装置６００は、図５に示す補償/校正回路等の他の回路も備えている。これらの回路は説明の単純化のために図６から意図的に省略されている。

ＲＧＢのＲ−Ｉマッピング要素６０２は赤、緑及び青のレーザダイオードの指定された放射輝度を受領する。実施態様によっては、Ｒ−Ｉマッピング要素６０２は別々のメモリデバイスに維持されるルックアップテーブルであり、他の実施態様では、Ｒ−Ｉマッピング要素６０２はひとつのメモリデバイスを共有するルックアップテーブルである。更に別な実施態様では、Ｒ−Ｉマッピング要素６０２は演算関数として活用される。Ｒ−Ｉマッピング要素は独立的に赤、緑および青の指定された放射輝度値をレーザダイオード駆動電流値へマップする。

ＲＧＢのＤＡＣ/ドライバ６０６はＲＧＢレーザダイオード駆動電流値を駆動電流に変換し、ＲＧＢレーザダイオード６０８は複合カラー画素を発生させるためにこれらの電流によって駆動される。例えばＲＧＢレーザダイオード６０８はレーザダイオード３０２、３０４および３０６（図３と図４）に対応することができる。

ＲＧＢ光検出器と関連回路６２０はレーザダイオード６０８の発光量を検出する。例えばＲＧＢ光検出器は光検出器３４０、３５０および３６０（図３）または光検出器４６０（図４）でよい。プロセス６２２でＲＧＢ３色の測定された放射輝度の値を調整して発生させるために、関連回路は積算器、ＡＤＣ、校正回路、その他の適切な回路を含むことができる。

ＲＧＢの指定された放射輝度もデジタルフィルタ６４０に提供される。デジタルフィルタ６４０は、指定された放射輝度の値をプロセス６２２で測定された放射輝度の値との比較に先立って、フィルタする。実施態様によっては、デジタルフィルタ６４０はループ内の全回路のレスポンスの補償を試みる。例えば実施態様によってはデジタルフィルタ６４０はＲＧＢのＤＡＣ/ドライバ６０６のドライバのレスポンスとＲＢＧ光検出器のレスポンスとを補償する。

輝度と色バランスのトラッキング補正要素６３０はプロセス６２２とプロセス６４２で提供された各色の放射輝度値の間の誤差を計算する。実施態様によっては、誤差情報は輝度の変化を補正するため、一以上の色のＲ−Ｉマッピング要素を修正するために使用される。例えば三色の全てのレーザダイオードの測定された放射輝度の値が予測された放射輝度の値以下である場合、Ｒ−Ｉマッピング要素のそれぞれがレーザダイオード駆動電流を増加させるために修正される。更に例えばひとつのレーザダイオードの測定された放射輝度の値が予測された放射輝度の値以下である場合、そのレーザダイオードに対応するＲ−Ｉマッピング要素がレーザダイオード駆動電流を増加させるために修正される。

実施態様によっては、色バランスのトラッキングのため、一以上の色のＲ−Ｉマッピング要素の修正に誤差情報を利用できる。例えばＲ−Ｉマッピング要素を色間の放射輝度比を維持するために修正し、図２との関連で前述したように白点を維持することができる。実施態様によっては一色のＲ−Ｉマッピング要素を輝度の変化の補正のために修正し、残りの二色のＲ−Ｉマッピング要素は色のバランスの変化を補正するために修正される。例えば実施態様によっては、緑色レーザダイオードは温度の変化にかなり敏感である。これらの実施態様においては、緑色レーザダイオードに対応するルックアップテーブルを輝度の変化の補正のために修正でき、赤と青色レーザダイオードのためのルックアップテーブルを色のバランスのための適切な比率を維持するように修正することができる。

図６に示す様々な要素は、ハードウェア、ソフトウェアまたはこれらの任意の組合せで利用できる。例えばデジタルフィルタ６４０および/または輝度と色のバランストラッキング要素６３０を専用ハードウェア回路、パラメータ化可能なハードウェア回路、あるいはプロセッサで運用されているソフトウェアで利用できる。

図７は温度補償レーザプロジェクタのカラーチャネル（色の情報経路）を示している。レーザプロジェクタのカラーチャネル７００はレーザダイオード、光検出器および温度の変化やエージングによるレーザダイオード特性の変化を補償するためのその他の関連回路を含んだ回路である。図７の回路は一色のチャネルを補償する。例えば図７の回路は赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードまたは青色レーザダイオードの変化を補償することができる。

実施態様によっては、カラープロジェクタは赤、緑および青３つのそれぞれのため３色のチャネル７００を備えている。これらの実施態様では各色のチャネルは別々に輝度の変化が補償され、その結果ホワイトバランスが維持される。各色のチャネルは別々に輝度の変化が補償されるが、カラーチャネル７００はカラーチャネル間のクロストローク現象を減少させるための回路を備えている。３×３スペクトルレスポンス逆マトリックス７５６に参照。これについては後述する。

運用時に、回路７００は正規化された輝度値をプロセス７０１で受領する。正規化された輝度値はゼロと１との間の値として表わされる。１は最高輝度でありゼロは黒である。正規化された輝度は画像処理装置によって提供される。例えば正規化された輝度値は映像処理装置によって提供される。

図７の回路は正規化された輝度を受領しているが、先行する図面は指定された放射輝度の受領を示している。放射輝度は放射束（例えばワット）の単位で測定され、典型的には因子としての正規化された輝度値を有している。例えば指定された放射輝度値は、正規化された輝度の関数およびユーザ側の明度値である。図７の回路は輝度とユーザ明度を別々に示しているが、本発明を限定しない。

温度補償Ｌ‐Ｉ一覧表７０２は、正規化された輝度（Ｌ）値を受領し、それを電流（Ｉ）値にマッピングしている（関連づけている）。電流値はレーザダイオード５０８を駆動させるデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）５０６に提供される。一覧表７０２は、逆伝達関数を含むことによってレーザダイオード５０８の非線性を補償するルックアップテーブルである。組み合わせると、レーザダイオードとルックアップテーブルとの間の変換関数は、レーザダイオードの正規化された輝度と実際の光学的な出力との間の相互の（エンドツーエンドの）線形な応答を提供する。

レーザダイオードの温度の変化またはエージングによる変化を補償するため、あるいはユーザ明度レベルの変化を因子化するために、一覧表７０２の内容（コンテンツ）を周期的に更新できる。例えば実施態様によっては一覧表は各ビデオフレームあたりに１回更新される。その他の実施態様では、一覧表はユーザが望む明度のレベルを変化させたときに更新される。更に別な実施態様では、一覧表は測定された変化を補償するために必要に応じていつでも更新される。

一覧表７０２の内容はノード７２７のＬ−Ｉゲイン値を完全なＩ−Ｌ一覧表７１４から抽出されたＬ−Ｉデータと乗算することで決定される。完全なＩ−Ｌ一覧表７１４は、輝度と電流を広範囲にカバーする固定された電流（Ｉ）と輝度（Ｌ）との曲線を表わすデータを含んでおり、運用条件（例えばエージングや温度変化）のための完全なレーザダイオード作用曲線を表わしている。

実施態様によっては、完全なダイオードの稼働曲線は利用形態またはユーザの好みに基づいて使用のために抽出される。例えば好みに基づく場合、ユーザはＩ−Ｌ曲線の下方５０％だけを使用するように輝度コントロールをセットできる。更にヘッドアップディスプレーの形態で使用されるとき、輝度の制御は周囲光の状態を克服するため更に高くセットできる。

実施態様によっては、製造中にダイオード特性を測定してＩ−Ｌ一覧表７１４を取り付けることができ、その後のＩ−Ｌ一覧表７１４の内容を静的とすることができる。他の実施態様ではレーザダイオードの特性を定期的に測定し、Ｉ−Ｌ一覧表を定期的に更新できる。例えば、実施態様によっては、レーザダイオードの特性をパワーオン時に測定し、Ｉ−Ｌ一覧表７１４を電力がサイクルされるまで静的とすることができる。

ユーザ輝度レベルは、プロセス７１１でセットされ、ユーザ輝度レベルはルックアップ一覧表（ＬＵＴ）７１２によってスカラー値にマップされる。輝度のスカラー値はスケーラ（計数器）７２２（詳細は後述する）に提供されてＬ−１データの抽出に利用される。Ｌ−Ｉデータの抽出部分はＬ−Ｉゲイン値で乗算され、その後、ダイオード曲線の抽出部分が正規化された輝度範囲で完全利用されるよう一覧表７０２に記入される。

実施態様によっては、ユーザ輝度からスカラーへのＬＵＴ７１２は直線状でなくてもよい。例えばマッピングは人間の輝度知覚に基づいて校正される。

ノード７２７のＬ−Ｉゲイン値は、予測された放射輝度のレベルと測定された放射輝度のレベルとの間の比較に影響される。回路７００は正規化された輝度とユーザ輝度レベルに基づいて予測される放射輝度のレベルを決定するための放射輝度予測手段を備えている。放射輝度予測手段はアキュムレータ（累算器）７２０とスケーラ（計数器）７２２とを含んでいる。アキュムレータ７２０は正規化された輝度値を累積時間にわたって蓄積する。アキュムレータ７２０は図７に示すフレーム同期（信号）としてリセット信号を受領する。リセット信号期間はアキュムレータ７２０が運用する蓄積期間を決定する。図７に示す実施例では、リセット信号はフレーム同期（信号）によって提供され、積算期間はビデオフレームに対応する。

スケーラ７２２はユーザ輝度を表わすために蓄積された輝度をスケール処理（計数処理）する。スケーラ７２２は測定された放射輝度のレベルと比較できるように放射線束（ｒａｄｉａｎｔ ｆｌｕｘ， 例えばワット）の単位で蓄積輝度もスケール処理する。

回路７００は、放射輝度を測定するための放射輝度測定手段を含んでいる。放射輝度測定手段は、光検出器５１０、インピーダンス増幅器５１２、積算器７４４、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）７４６、アキュムレータ（累算器）７４８、スケーラ７５２、および３行３列のスペクトル応答の逆行列７５６を含んでいる。

光ダイオード５１０は、レーザダイオード５０８が発生させる光を検出し、これと比例する電流をインピーダンス増幅器５１２へ供給する。インピーダンス増幅器５１２からの電圧出力は、それぞれのビデオラインを経由してそれぞれのアナログ領域の中に積算される。ＡＤＣ７４６は、積算された電圧をデジタル値に変換する。積算ラインを表わすデジタル値はアキュムレータ７４８によって蓄積される。従ってアキュムレータ７４８の出力は、光検出器５１０によってビデオフレームで検出された光量に比例する。

放射輝度予測手段と放射輝度測定手段の両方のための積算/蓄積期間は１ビデオフレームとして示されているが、これは本発明を限定しない。例えば積算/蓄積期間は、１つのビデオラインと等しくてもよい。更に例えば積算/蓄積期間は、１つのビデオラインよりも長くても短くてもよく、あるいは１つのビデオフレームよりも長くても短くてもよい。

スケーラ７５２は、アキュムレータ７４８の出力を受領し、オフセットとゲイン調整を提供する。オフセット「ｂ」は、他の回路要素によって導入されるあらゆるオフセットを減算する。例えばオフセットは、光が存在しないときに光検出器５１０によって供給される電流である「暗電流（無光時の電流）」の影響を除去できる。暗電流は光が存在しないときに１つのビデオラインにおいて光検出器の出力を測定することで校正することができる。乗数器「ｍ」は、放射束の単位を変換するためのスケール処理（倍率変更処理）をさせる。これらの単位はスケーラ７２２により出力される単位と同じである。

実施態様によっては、赤色レーザダイオード用、緑色レーザダイオード用、および青色レーザダイオード用の３つの回路７００を備えることができる。これらの実施態様では、各光検出器は、他の色のレーザダイオードから意図されない光を検出する。例えば、緑色レーザダイオードからの光を検出するための検出器は赤色レーザダイオードと青色レーザダイオードからいくらかの光を検出するであろう。このような「クロスストローク」は補正しないとＬ−Ｃ一覧表の誤差情報に拡散する可能性がある測定誤差を発生させることがある。

３×３（３行３列）のスペクトル応答の逆行列７５６は、クロスストロークによって発生するあらゆる誤差情報を除去するために赤色、緑色および青色を「梳き取る」。３×３のスペクトル応答の逆行列７５６は、測定および計測された放射束値を、３色の回路のそれぞれから受領し、３×３の行列式の乗算を実行する。クロスストロークの関与した部分は、製造または試験中に測定でき、３×３の行列式の内容はその時に設定される。実施態様によっては、クロスストロークの関与した部分は、カラーレーザプロジェクタの利用期間中に定期的に測定される。

３×３のスペクトル応答の逆行列は、スケーラ７５２とコンパレータ（比較回路）７２４との間に図示されているが、これは本発明を限定しない。例えば本発明の実施態様によってはスペクトル応答の行列式をスケーラ７２２とコンパレータ７２４との間の経路に含んでいる。これらの実施態様は、正規化された輝度入力値をフィードバックチャネルの中の予測される色のクロスストローク汚染値に変換する。一方、図７に示す行列式７５６はフィードバック入力値を色放射束値に変換する。

コンパレータ７２４は、放射輝度予測手段と放射輝度測定手段によって提供される、予測された放射線束の値と、測定された放射線束の値とを比較する。これらが、少なくとも閾値（限界閾値）の分だけ異なる場合、コンパレータ７２４の出力は、増分／減分器（インクレメンタ/デクレメンタ：ＩＮＣ/ＤＥＣ）７２６にノード７２７のＬ−Ｉゲイン値を修正させる。予測および測定された放射輝度の値が限界閾値の分だけ異なる場合には、Ｌ−Ｉゲイン値は各積算/蓄積期間後に修正される。図７に示す実施例では、Ｌ−Ｉゲイン値は、予測値および放射輝度値が限界閾値の分だけ異なるごとに、増加または減少する。その他の実施態様では、コンパレータに対応してＬ−Ｉゲイン値を修正するために比例コントローラを利用できる。比例コントローラは、増加または減少ではなく、コンパレータの出力に比例する値の分だけゲイン値を調整する。

図７に示す様々な要素は、多くの異なる方法で活用できる。例えば、様々な要素をデジタルハードウェア、アナログハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せで活用できる。更に本発明の様々な実施態様をどの統合レベルでも実行できる。例えば要素の多くは特定の集積回路で利用できる。

図８は、本発明の様々な実施例による移動用デバイスを示している。移動用デバイス（モバイルデバイス）８００は、通信能力を備えているか備えていない携帯用投影装置の形態となることができる。例えば実施態様によっては、移動用デバイス８００はその他の性能をほとんど有していないか、全く有していない手持ちプロジェクタでよい。更に例えば実施態様によっては、移動用デバイス８００は、携帯用音楽プレーヤーの形態となることができる。更に例えば実施態様によっては、移動用デバイス８００はセル式携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）レシーバ等を含む通信に利用できる装置の形態となることができる。更に移動用デバイス８００は、無線（例えばＷｉＭａｘ）またはセル式接続を経由して、より大型のネットワークに接続できる。またこの装置は、規制されていない周波数帯域（例えばＷｉＦｉ）接続を経由して、データメッセージまたはビデオコンテンツを受け入れることができる。

移動用デバイス８００は、光８０８で画像を創出するために、レーザプロジェクタ８０１を含んでいる。前述の投影システムの他の実施態様と同様に、移動用デバイス８００は、レーザダイオードの温度変化を補償するために輝度と色のバランストラッキングに利用可能なフィードバックループを含むことができる。

実施態様によっては、移動用デバイス８００は、アンテナ８０６と電子要素８０５とを含んでいる。実施態様によっては、電子要素８０５はレシーバを含んでおり、他の実施態様では、電子要素８０５はトランシーバを含んでいる。例えばＧＰＳとしての実施態様では、電子要素８０５は、ＧＰＳレシーバの形態をとることができる。これらの実施態様では、レーザプロジェクタ８０１によって表示される画像は、移動用デバイスの位置と関連する。更に例えば電子要素８０５は、双方向通信に適したトランシーバの形態をとることができる。これらの実施態様では、移動用デバイス８００は、携帯電話、双方向無線通信機、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）等の形態となることができる。

移動用デバイス８００は、メモリカードスロット８０４も含んでいる。実施態様によっては、メモリカードスロット８０４に挿入されたメモリカードは、レーザプロジェクタ８０１によって表示されるビデオデータのリソースを提供できる。メモリカードスロット８０４は、例えばマルチメディアメモリカード（ＭＭＣ）、メモリスティックＤＵＯ、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリカード、およびスマートメディアカード等のあらゆるタイプの固定化した（ソリッドステート）メモリデバイスを受領できる。ただし上記リストは例示であり、排他的なリストではない。

図９は、本発明の様々な実施例によるフローチャートを示している。実施態様によっては、方法９００、またはその一部はレーザプロジェクタ、移動用デバイス等によって実行され、これらの実施例は前出の図面に示されている。他の実施態様では、方法９００は集積回路または電子システムによって実行される。方法９００は、その方法を実行する特定のタイプの装置に限定されない。方法９００の様々なステップは、提示された順序、または異なる順序で実行することができる。更に実施態様によっては図９に示すステップの一部を方法９００から省略してもよい。

方法９００は、指定された放射輝度値が、レーザダイオード駆動電流にマッピングされるステップ９１０で始まるように示されている。実施態様によっては、指定された放射輝度値は投影装置内で画像処理要素または映像処理要素によって生成される。指定された放射輝度値は、１つの画像の中の１つの画素を表示するための、異なる色のレーザダイオードのための異なる放射輝度値を含むことができる。指定された放射輝度値は、いくつかの画素のための各々のレーザダイオードのために、異なる放射輝度値を含むこともできる。

指定された放射輝度値を、任意の適切な手段を用いて駆動電流値にマッピングすることができる。例えば、Ｒ−Ｉマッピング要素５０２（図５）または６０２（図６）は、指定された放射輝度値をデジタルレーザダイオード電流値にマッピングするために利用できる。その後、デジタルレーザダイオード電流値はデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）を用いて駆動電流に変換できる。

ステップ９２０では、レーザダイオードは駆動電流によって駆動される。実施態様によっては、これは、複数の画素に対応する複数の電流で駆動されている１つのレーザダイオードに対応している。他の実施態様では、これは１つの色の画素を表示するために電流で駆動されている複数のレーザダイオードに対応している。更に別な実施態様ではこれは、複数の色画素を表示するために複数の電流で駆動されている複数のレーザダイオードに対応している。

ステップ９３０では放射輝度の予測値が指定された放射輝度値から決定される。実施態様によっては、これは、投影装置内の増幅器、ＤＡＣおよび他の要素の影響を補償するために指定された放射輝度値のフィルタ処理ステップを含んでいる。指定された放射輝度値のフィルタ処理ステップは、レーザダイオードの放射輝度を測定する装置のレスポンスに適合させるために積算された、指定された放射輝度値も含むことができる。

ステップ９４０ではレーザダイオードの測定された放射輝度の値が検出される。測定された放射輝度の値は図３から図６で示すような光検出器によって発生する。ステップ９５０ではステップ９１０で利用したマッピングを放射輝度の予測値と測定された放射輝度の値に対応して修正する。実施態様によっては輝度の変化を補正するために１つのレーザダイオードのマッピングが修正される。更に別な実施態様では、色のバランスの変化の補正のために、複数のレーザダイオードのマッピングが修正される。更に別な実施態様では、色のバランスの変化を補正するために放射輝度比を維持するよう、複数のレーザダイオードのマッピングが修正される。

本発明について特定の実施例に関連して説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明の精神および範囲から逸脱せずに変形や変更が可能である。これらの変形や変更は本発明の範囲および添付の「請求の範囲」内とみなされる。

１０２ 指定された出力輝度
１３０ 画像処理回路
３００，４００ プロジェクタ
３４０，３５０，３６０ 光検出器（ＰＤ）
３０２，３０４，３０６ レーザダイオード
３０３，３０５，３０７ ミラー
３１０ フィルタ/偏光器
３１８ マイクロエレクトロニクスマシン（ＭＥＭＳ）装置
４００ 集積光検出器

Claims (15)

1. レーザ投影装置であって、
   正規化された輝度値を受領して駆動電流値に変換するためのマッピング要素（７０２）と、
   前記駆動電流値を駆動電流に変換するためのデジタル・アナログ変換器（５０６）と、
   前記駆動電流に対応して画素を表示するために発光するレーザダイオード（５０８）と、
   測定された放射輝度レベルを提供するための放射輝度測定手段であって、前記レーザダイオード（５０８）が発光する光を検出するための光検出器（５１０）と、前記光検出器（５１０）によって検出された光の総量に比例する出力を積算／蓄積期間にわたって発生させる積算器（７４４）及びアキュムレータ（７４８）と、を備えており、前記積算／蓄積期間は、少なくとも１つのビデオラインであることを特徴としている放射輝度測定手段と、
   正規化された輝度とユーザによって設定された輝度レベルとに基づいて予測される放射輝度のレベルを決定するための放射輝度予測手段と、
   前記放射輝度測定手段によって測定された放射輝度のレベルが、放射輝度予測手段によって予測された放射輝度のレベルと、少なくとも限界閾値の分だけ異なる場合に、前記マッピング要素（７０２）を更新するようにカップリングされたフィードバックループ回路と、
   を備えていることを特徴とするレーザ投影装置。
2. 前記放射輝度予測手段によって予測された前記放射輝度のレベルが、前記放射輝度測定手段の積算／蓄積期間と適合している蓄積期間にわたって蓄積された、正規化された輝度値に対応していることを特徴とする請求項１記載のレーザ投影装置。
3. 前記放射輝度測定手段の前記積算／蓄積期間が１つのビデオラインと等しいことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ投影装置。
4. 前記放射輝度測定手段が、１つのビデオラインの積算期間を有する積算器（７４４）と、光検出器５１０によってビデオフレームで検出された光の総量に比例する出力を発生させるための積算ラインを表わす値を蓄積するアキュムレータ（７４８）と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ投影装置。
5. 前記フィードバックループ回路が、前記放射輝度測定手段によって測定される放射輝度レベルと、前記放射輝度予測手段によって予測される放射輝度レベルとを比較するコンパレータ（７２４）を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ投影装置。
6. 前記マッピング要素（７０２）が検索用の一覧表を備えており、前記検索用の一覧表は固定された電流と輝度との曲線を表す予め決定されたゲイン値を乗算することによって決定された内容を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ投影装置。
7. ２軸上で回転するミラー（３２０）を有する超小型電子機器装置（３１８）を更に備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ投影装置。
8. 三色のチャネルを有しており、それぞれの色のチャネルが請求項１から６記載の何れかの装置によって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ投影装置。
9. 前記三色のチャネルのそれぞれのレーザダイオードからの光を反射してスイープするために２軸上で回転するミラー（３２０）を有する超小型電子機器装置（３１８）を更に備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ投影装置。
10. それぞれのカラーチャネルの前記フィードバックループ回路が、３行３列のスペクトル応答の逆行列（７５６）を含んでおり、前記スペクトル応答の逆行列（７５６）は、前記カラーチャネルの間のクロスストロークの影響を除去することを特徴とする請求項８又は９に記載のレーザ投影装置。
11. レーザ投影装置であって、
    画像中のそれぞれの画素のために、要求された放射束を意味する指定された放射輝度値を駆動電流値に変換するためのマッピング要素（５０２，６０２）と、
    前記駆動電流値を駆動電流に変換するためのデジタル・アナログ変換器（５０６，６０６）と、
    前記駆動電流に対応してそれぞれの画素を表示するために発光するレーザダイオード（５０８，６０８）と、
    前記レーザダイオード（５０８，６０８）が発光する光を検出するための光検出器（５１０，６２０）であって、前記光検出器（５１０，６２０）若しくは積算器（５１４，６２０）が複数の画素から前記光検出器（５１０，６２０）に入射する光の測定された平均量を反映した出力を行っている、光検出器（５１０，６２０）と、
    前記光検出器に入射する光の測定された平均量と前記指定された放射輝度値とに対応して、前記マッピング要素（５０２，６０２）を更新するようにカップリングされたフィードバックループ回路であって、前記フィードバックループ回路は放射輝度積算回路（５５２）を含んでおり、前記放射輝度積算回路（５５２）は、指定された放射輝度を、複数の画素に関して光検出器（５１０，６２０）に入射する光の測定された平均量が平均される期間にわたって積算することを特徴とするフィードバックループ回路と、
    を備えていることを特徴とするレーザ投影装置。
12. 前記フィードバックループ回路が、
    前記放射輝度積算回路（５５２）から積算されている指定された放射輝度値を受領するデジタルフィルタ（５５４）を備えており、前記デジタルフィルタ（５５４）は、出力として、レーザダイオード(５０８，６０８)によって実際に発生する放射輝度の予測値を表すレスポンスを有しており、
    且つ前記フィードバックループ回路は、誤差計算機（５２８）を備えており、前記誤差計算機（５２８）は、前記デジタルフィルタ（５５４）の出力と前記光検出器（５１０，６２０）の出力にカップリングされており、更にマッピング要素（５０２，６０２）に更新された情報を提供するようにカップリングされていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. ２軸上で回転するミラー（３２０）を有する超小型電子機器装置（３１８）を更に備えていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のレーザ投影装置。
14. 前記マッピング要素（６０２）が、一つのマッピング要素に加えて更に二つのマッピング要素を備えており、
    前記デジタル・アナログ変換器（６０６）が、一つのデジタル・アナログ変換器に加えて更に二つのデジタル・アナログ変換器を備えており、
    前記レーザダイオード（６０８）が、一つのレーザダイオードに加えて更に二つのレーザダイオードを備えており、
    前記光検出器（６２０）が、一つの光検出器に加えて更に二つの光検出器を備えていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のレーザ投影装置。
15. それぞれの前記レーザダイオード（６０８）からの光を反射してスイープするために２軸上で回転するミラー（３２０）を有する超小型電子機器装置（３１８）を更に備えていることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ投影装置。

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