JP5269082B2

JP5269082B2 - 画像投影方法及び画像投影システム

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Publication number: JP5269082B2
Application number: JP2010527574A
Authority: JP
Inventors: カルステンデッペ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: CN101816185A; US8294833B2; US20100208148A1; JP2011502270A; CN101816185B; EP2208353A1; WO2009044314A1

Description

本発明は、画像投影方法及び投影システムについて述べる。

投影型ディスプレイは、画像がディスプレイ表面上に直接生成されるプラズマ及びＴＦＴディスプレイのようなフラットスクリーンに対する代替手段を提供する。画像投影システムの１つのタイプにおいて、小型ディスプレイパネル内に画像を生成するためにビデオ信号が処理され、この画像は、拡大されて、投射型ディスプレイ又はスクリーンに投影される。一方、スキャン型投影システムにおいて、画像は、画素的又はライン的な態様で投射型ディスプレイにスキャンされる。スクリーンは、前面投影システムにおいては背景幕（backdrop）であり、プロジェクタ又は"beamer"は、スクリーンの前にあり、大抵、視聴者の背後に配置され、スクリーンの前面に画像を投影するために、例えば天井から吊るされる。又は、スクリーンは、背面投影システムの場合においては、全ての部品が１つのデバイスに含まれ、画像が背後からスクリーンに投影されるテレビスクリーンである。

従来の投影システムは、白色光の必要とされる明るいビームを生成するために、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ又は超高圧（ＵＨＰ）ランプをしばしば用いる。そして、白色光は、ダイクロイックフィルタ（dichroic filter）により赤色、青色及び緑色の光の原色に分割されるか、又は、赤色、青色及び緑色のカラーフィルタをもつカラーホイール（colour wheel）を介して通されるかのいずれかであり、その後、光の原色は、複数の原色の一連の"サブ画像"を生成するために２次元のディスプレイパネルに向けられる。ディスプレイパネルは、例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing）のようなマイクロミラーのアレイ、又は、ＬＣＤ若しくはＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）アレイであり得る。ディスプレイパネルは、ユーザが見るためのスクリーン又は背景幕に投影される前にこの非常に小さな要素に最初にレンダリングされるので、"マイクロディスプレイ"とも呼ばれる。例えば、ＤＬＰシステムにおいて、光の原色は、ディスプレイに投影されて組み合わせられた画像として視聴者により認識される赤色、青色及び緑色のサブ画像を生成するために、ディスプレイパネルに次々と向けられる。

ＵＨＰランプを用いる従来の投影システムは、白色光源から原色を取得するために非常に複雑な光学システムを必要とするという欠点をもつ。これらのシステムで共有される他の欠点は、特定の基準に従って駆動されない場合にランプが故障するという点である。更に、斯様なランプは、ランプが古くなるにつれて黒くなりやすく、従って、投影された画像は最終的には質を低下させる。また、交換ランプは、消費者の視点から非常に高価である。

１つの白色ＵＨＰ光源を用いる代わりに、赤色、緑色及び青色レーザのような３原色の光源を用いることが可能である。最近まで、レーザベースの投影システムにおける使用のために利用可能なレーザ、特に、緑色又は青色のレーザ光が追加の周波数変換を用いて生成されなければならないことから緑色光及び青色光を生成するためのレーザは、比較的大きくて高価であった。しかしながら、赤外線レーザから青色光又は緑色光を得るために倍増する周波数を用いる手頃な価格でコンパクトな半導体ダイオードレーザが市場に出回っている。斯様な半導体レーザ源の一例は、電気的にポンピングされた垂直外部共振器型面発光レーザ（Vertical External Cavity Surface-Emitting Laser）、又はＶＥＣSＥＬである。直接発光型青色レーザは、当業者によって知られるように、BluRay及びHD DVD（High-Definition Digital Versatile Disk）等のアプリケーションのために既に利用可能である。コンパクトな投影ユニットは、斯様な小型レーザのために開発される。斯様な投影ユニットの一例は、背景幕に画像を生成するために、変調されたレーザビームを水平及び垂直に偏向させるように振動するマイクロスキャンニングミラーを用いる。

レーザベースの投影システムの明らかな利点は、これらのコンパクトなサイズ、エネルギ効率及び少ないメンテナンスである。特に、ポータブル／モバイルの使用のために意図されたもののような、小型タイプのレーザ投影システムは、如何なる複雑なフィルタリング又はフォーカシング光学をも必要としない。

前述されたようなレーザの光出力は、変調信号の利用により、例えば必要に応じてレーザへの入力電流を調節することにより、直接制御され得る。高い内部変換効率は高いエネルギ密度でのみ得られるので、これらのタイプのレーザデバイスは、短いパルスが適用されるパルスモードにおいて動作され、一連の短い光パルスが生成される。当業者により知られるように、これにより、出力エネルギは集中され、増大したエネルギ密度を特定の平均レベルで与える。

駆動しているパルス方法が視聴者に対して目立たないような画像を取得するために、レーザは、画素周波数に相当する十分に速い割合でパルス化されなければならない。これは、斯様なレーザが高い解像度及び低いちらつきを伴う画像、例えばＰＡＬ又はＨＤスタンダードを用いて符号化された動画を投影するために用いられるときに帯域幅の問題をもたらす。ＰＡＬは、各画像に対して５７６×７２０の画素を符号化し、その一方で、高解像度テレビは、７２０×１２８０の画素又は１０８０×１９２０の画素を符号化し得る。投影された画像は、ちらつきを回避するために、約９０Ｈｚの割合でリフレッシュされなければならない。ＰＡＬ画像に関して、これは、少なくとも２０ＭＨｚの変調帯域幅をもたらす。フルＨＤ画像の投影は、９３ＭＨｚまでの帯域幅を必要とし得る。明らかに、斯様な高帯域幅は、高価な電子装置の諸経費及び制御ソフトウェアをもたらす。

それ故、本発明の目的は、費用効率が高く、直接的及び効果的な画像投影方法を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、ａ）投影されるべき画像のための画像画素アレイを取得するステップと、ｂ）前記画像画素アレイのための複数の画素割り当てアレイを取得するステップであって、これにより各画素割り当てアレイが占有要素及び空要素を有することになるステップと、ｃ）画素割り当てアレイに従ってレーザ光源のためのトリガパルストレインを生成し、これにより、トリガパルスが前記画素割り当てアレイの各占有要素に対して生成されるステップと、ｄ）前記画像画素アレイに基づいて前記レーザ光源のための変調信号を生成するステップと、ｅ）前記画素割り当てアレイに従ってサブフレーム画像のためのレーザ光パルスシーケンスを生成するために、前記トリガパルストレインで前記レーザ光源を切り替え、前記変調信号で前記レーザ光源を調節するステップと、ｆ）前記サブフレーム画像がディスプレイに投影されるように前記レーザ光パルスシーケンスをスキャンして前記ディスプレイを横断するステップとを有する、画像投影方法について述べている。

これにより、ステップｃ）からｆ）は、画像がディスプレイ上に現れるように複数の画素割り当てアレイの各画素割り当てアレイに対して実行される。

"画像画素アレイ"という用語は、１つの画像又はフレーム、例えば動画における一連の画像又はフレームのうちの１つを表す画素情報を参照するために用いられる。斯様な画像画素アレイは、行及び列で配置された要素又はエントリ（entry）の二次元アレイとして視覚化され、各要素は、ディスプレイ上の画素のための情報を含む。投影された画像画素の色及び強度は、画像画素アレイにおける対応する要素の画素情報により最終的に制御される。例えば、画像画素アレイ要素は、その画素に対して投影されるべき赤色、緑色及び青色の光の量のためのＲＧＢ値を有し得る。画像画素アレイは、モノクロ画像に関連する情報だけ、例えば緑色だけ又は赤色だけの画素情報を有してもよい。

"画素割り当てアレイ"は、エントリのアレイ、例えば幾つかの要素又はエントリが"占有"される一方で、残りのものが空（empty又はvacant）である二次元アレイであり、以下においては"占有パターン"とも呼ばれる。画素割り当てアレイの"占有要素"は、対応する画像画素が、その画素割り当てアレイのためのサブ画像中に画素情報に従って投影される要素である。換言すれば、画素情報がゼロでない限り、その画像画素のための変調信号及びトリガパルスは、投影された画素をもたらす。これに対し、画素割り当てアレイの空要素は、画像画素の内容に関わらず投影されないだろう。画素割り当てアレイの空（vacant又はempty）要素が、割り当てられた画素情報がゼロ値である、即ち、照射されるべきではない画素のための占有要素と同じではないことがこのポイントで強調されるだろう。画素割り当てアレイの占有及び空要素がトリガパルストレインの生成を支配し、トリガパルスは、占有要素に対して生成される一方で、空要素に対しては生成されない。

本発明の方法において、画像画素アレイの各画像画素は、少なくとも１つの画像割り当てアレイの占有要素と関連付けられる。画素割り当てアレイの占有要素の割り当ては、画素割り当てアレイを互いに実質的に重ね合わせできる場合には、完全に占有された要素のアレイを与えるために結合するだろう。即ち、各画像画素は、画像画素の内容に従って投影されるだろう。

レーザ光源のためのトリガパルストレインが、本発明の方法において複数の画素割り当てアレイの各画素割り当てアレイに従って生成され、各画素割り当てアレイは、画像画素アレイの画像画素の異なるサブセットに対応し、結果として、一連のサブフレームが各画像のためにディスプレイ上に投影され、従って、視聴者がその結果を全体画像として認識する。サブフレーム画像は、各画素割り当てアレイのために投影される。実際には、画像は、サブフレーム画像の"インターリーブ"又は"重ね合わせ"により生成される。

本発明の方法の明らかな利点は、変調信号が、従来のソリューションにおいて要求されるものよりも大幅に低い周波数をもつことである。これは、画像の各画素が各リフレッシュ又は画像サイクルにおいて照射される必要がないか、代わりに、幾つかの画素だけが各フレーム画像のために照射されるためである。最低限の２つの画素割り当てアレイが画像画素アレイのために用いられるときでさえも、画素割り当てアレイに渡る画像内容の工夫した割り当てにより、変調信号が駆動されるべき周波数が効果的に半減され得る。明らかに、画像画素アレイのために用いられた画素割り当てアレイが多いほど、変調信号の周波数はより低くなり得る。

本発明の方法の他の利点は、画像内容が画素割り当てアレイに渡って賢明に分配される場合には、レーザ光源のためのトリガパルスはより広くなる、即ち、トリガパルスがより長く持続する点である。画像の全ての画像画素が連続的に照射されるパルスレーザソリューションにおいて、トリガパルスは、１つの画素に対して意図されたレーザ光が隣の画素を"破損"させないことを保証するために狭さを維持しなければならず、より高い変調帯域幅をもたらす。しかしながら、本発明の方法において、画素割り当てアレイの"占有"されたエントリは、トリガパルス幅がより広くなるように、"空"のエントリにより隣接される。結果として、有利には、レーザ光パルスは、より長い持続期間のものであり、より多くの光が画素を照射するために利用可能であり、画像輝度の向上をもたらす。

適切な画像投影システムは、画像画素アレイを供給するための画像画素アレイソースと、画像画素アレイのための複数の画素割り当てアレイのソースとを有し、これにより、各画素割り当てアレイが占有要素及び空要素を有する。本発明のシステムは、画素割り当てアレイに従ってレーザ光源のためのトリガパルストレインを生成するためのトリガパルストレイン生成部を更に有し、これにより、トリガパルスは、画素割り当てアレイの各占有要素に対して生成される。また、本システムは、画像画素アレイに基づいてレーザ光源のための変調信号を生成するための変調信号生成部と、サブフレーム画像のためのレーザ光パルスシーケンスを生成するために、トリガパルスでレーザ光源を切り替え、変調信号で光源を調節するためのレーザ制御ユニットと、サブフレーム画像がディスプレイに投影されるようにレーザ光パルスシーケンスをスキャンしてディスプレイを横断するためのスキャンユニットとを有する。画像投影システムのこれらのコンポーネントは、画像がディスプレイ上に現れるように複数のサブフレーム画像を投影するように構成される。前記で説明されたように、サブフレーム画像は、画素割り当てアレイのそれぞれに対して投影される。

従属請求項及び後の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。

本発明の方法は、様々な異なるタイプのレーザ光源で用いられる。しかしながら、述べられた方法は、有利にはコンパクトで安価な実現のおかげで、周波数倍増半導体ダイオードレーザ、例えば、垂直外部共振器型面発光レーザ（ＶＥＣSＥＬ）と併せての使用に特に適している。本発明の好ましい実施形態において、画像投影システムは、１又はそれ以上のＶＥＣＳＥＬをレーザ光源として利用する。それ故、以下においては、決して本発明を限定するものではないが、本発明の画像投影システムのレーザ光源は、半導体ダイオードレーザ発光コヒーレント光であるように想定される。斯様なレーザ光源は、従来のＵＨＰランプと同様に、製造するのにますます経済的になり、長寿命であり、黒くならないか又はバーンアウト（burnout）せず、これらの使用を消費者の視点から魅力的にさせる。

画像のための画像画素アレイは、画像画素又は要素の矩形二次元配置として視覚化され得る。既に前述されたように、画像を示す画像画素アレイの内容は、多くの画素割り当てアレイ又は占有パターンに割り当てられるか又はこれらに渡って実質的に分配される。画素割り当てアレイは、画像画素アレイよりも小さく、異なる画素割り当てアレイは、異なる寸法をもつ。しかしながら、本発明の好ましい実施形態においては、各画素割り当てアレイが画像画素アレイと同じ数の要素をもち、従って、画素割り当てアレイの各要素は、占有であるか空であるかに関わらず、画像画素アレイの画像画素要素に対応し、従って、画素割り当てアレイは、トリガパルストレインを生成するために直接用いられ得る。

明らかに、画素割り当てアレイ又は占有パターンにおける占有要素の数は、画素割り当てアレイの全体数に原則的に反比例する。例えば、４つの画素割り当てアレイが画像画素アレイに対して用いられる場合には、これらの画素割り当てアレイのうちいずれか１つが、画像画素の４分の１と関連付けられ得る。

複数の画素割り当てアレイの占有要素は、ブロック的な態様で分配され得る。しかしながら、これは、最終的には、投影画像の予期しないちらつきをもたらし得る。それ故、本発明の特に好ましい実施形態において、占有要素は、画素割り当てアレイのそれぞれがほぼ同一量の占有要素をもつように、画素割り当てアレイの間に本質的に均一な態様で割り当てられる。換言すれば、画像画素情報は、複数の画素割り当てアレイに渡って大体均一に配置され、画素割り当てアレイは、各要素が画像画素アレイの画素と関連付けられる全体的に占有されたアレイを与えるように理論的に重ね合わされる。例えば、画像画素アレイのための２つの画素割り当てアレイの場合において、占有パターンは、一の画素割り当てアレイにおいて占有されるエントリが他の画素割り当てアレイにおいて空であるような態様で設けられた、占有エントリ及び空エントリを互い違いにする構成を有し得る。占有要素及び空要素のこの均一な分配は、後に図を用いて述べられるだろう。

更に、画素割り当てアレイにおける一連の隣接する占有要素は、既に述べられたように、対応する画像画素のためのトリガパルス幅が非常に狭くなければならないことを意味するだろう。これは、画素割り当てアレイの占有エントリが（画素割り当てアレイの"行"と見なすときに）空エントリと隣接される場合により有利であり、従って、トリガパルスは、対応する前後の画素に対してオフになる。更に、投影画像の品質は、占有エントリの"上"及び"下"のエントリが（画素割り当てアレイの"列"と見なすときに）空エントリである場合に向上され得る。それ故、本発明の更に特に好ましい実施形態において、画素割り当てアレイの占有要素は、チェス盤又はチェッカー盤のパターンを連想させる互い違い（alternating又はstaggered）の態様で画素割り当てアレイの空要素の間に設けられるか又は分配され、これにより、画素割り当てアレイにおける占有要素間のギャップが幾つかの空要素を有し得る。例えば、４つの画素割り当てアレイを伴うソリューションにおいて、画素割り当てアレイの４要素目が、画像画素アレイの対応する画像画素のエントリに割り当てられ、間に入る要素がブランク又は空にされる。占有パターンの賢明な選択は、行における画像画素エントリが上又は下の行における画像画素エントリからオフセットされるように割り当てられるようにすることである。再び、これは、後に図を視覚的に用いて述べられるだろう。画素割り当てアレイの占有及び空エントリは、例えばリサジュー図形を与えるために、スキャナ機能に従って設けられ得る。

前述されたように、画像画素のほんの少ししか各サブフレーム画像に照射されないので、帯域幅の節約が本発明の方法を用いて達成される。従来の投影システムにおいては、画像の各画素が各リフレッシュサイクルにおいて照射され、レーザ光源のための変調信号が迅速に反応しなければならない。本発明の方法において、レーザ光源のための変調信号は、トリガパルスがアクティブであるときに要求画素値に定める必要があるだけである。それ故、本発明の特に好ましい実施形態において、変調信号は、画素割り当てアレイに基づいて生成される。明らかに、画素割り当てアレイの数が多くなれば、より大きな節約が帯域幅において行われる。例えば、６つの画素割り当てアレイの場合においては、帯域幅が６倍まで削減され、その一方で、認識できる小さなエリアのちらつきを伴うことなく良好な品質の画像を依然として供給する。より多くの画素割り当てアレイに関して、帯域幅の節約は少なくなるかもしれないが、良好な利点がＶＥＣＳＥＬレーザの特性から得られる。これらは、光周波数でパルス化されたときに最も効果的であるからである。

占有パターンは、一連の画像画素アレイ、例えばビデオ入力ストリームの各画像画素アレイに対して計算され得る。明らかに、これは、計算量（computational effort）を必要とする。好ましくは、例えばメモリから受信された予め規定された占有パターンが各画像画素アレイに適用され得る。投影品質要求は、複数のビデオストリーム間又は１つのビデオストリーム間でさえも変化し得る。それ故、画像画素アレイに適用される占有パターンの数は、例えば高品質画像要求のための多数の占有パターン及び低品質要求のための少ない占有パターンを取り出すように適合され得る。

既に説明されたように、述べられたタイプのパルスレーザ光源は、レーザ光源がトリガされると、その変調信号の振幅に従って光を放射する。当然ながら、レーザ光源は、たとえその変調信号が非常に低い頻度で切り替わるとしても、画素毎にトリガされるが、これは、画素割り当てアレイにおける占有エントリ間の"ギャップ"、即ち、対応する画素が照射されるべきではない間隔の利点を生かさないだろう。例えば、画像画素アレイのための２つの割り当てアレイの場合において、サブフレーム画像における２画素毎には照射されず、それ故、レーザ光源は、これらの画素に対してトリガされる必要がない。それ故、本発明の好ましい実施形態において、トリガパルストレインのデューティサイクルは、画素割り当てアレイの数に従って選択され、従って、Ｎ個の画素割り当てアレイが画像画素アレイのために用いられ、画像画素エントリが前述された態様で割り当てられた場合には、トリガパルストレインのための１／Ｎのデューティサイクルは十分である。例えば、４つの画素割り当てアレイにおいて、画素割り当てアレイにおける４エントリ毎に、照射されるべき画素のための画像画素エントリと関連付けられ、従って、これは、トリガパルストレインが２５％のデューティサイクル又は４分の１に対応する４つの画素毎にのみアクティブにするのに十分である。５つの画素割り当てアレイの場合においては、２０％のデューティサイクルが十分である等である。

パルスレーザ光は、当業者により知られるように、画素がディスプレイ上に連続的に照射されるようにディスプレイを横断するように、スキャンユニットによってガイド又は偏向され得る。基本的に、画素が照射される順序は実際には関係ない。しかしながら、既存のスキャンニング技術の使用が有利であるだろう。ほとんどの従来のスキャナは、左から右に及び上から下にディスプレイを横断するように構成されるので、本発明の好ましい実施形態においては、レーザ光パルスシーケンスが水平の態様でディスプレイを横断するようにスキャンされる。換言すれば、レーザ光は、ディスプレイの行に渡ってジグザグの態様で往復し、例えば、レーザ光パルスシーケンスに従ってディスプレイ上に画素を連続的に照射するために、一の角でスタートして、行ったり来たりして移動する。代わりに、スキャンユニットは、その機能に依存して任意の他の軌跡を、及び、ディスプレイ上の対応するパターンを生成するために実現されてもよい。

当業者によって知られるように、画像画素は、画素の色がレンダリングされる光の原色のための情報を有し得る。例えば、ＲＧＢカラーシステムにおいては、光の原色が赤色、緑色及び青色であり、画像画素が赤色、青色及び緑色の割合で示される。本発明のパルスレーザ投影システムにおいて、多くの別個のレーザ光源が、原色光の色に１つずつ用いられる。赤色、青色及び緑色の割合が各画像画素に対して異なるので、各レーザは、好ましくは、別個又は専用の変調信号により調節される。それ故、本発明の方法において、別個の変調信号は、複数のレーザ光源の各レーザ光源に対して生成される。

従来の投影システム、例えば、白色光源及びカラーホイール、又は別個の原色光源を用いる投影システムは、別個の赤色、青色及び緑色の画像を生成する。これらの原色画像は、立て続けにスクリーン上に投影されて、視聴者によりフルカラー画像として認識されるか、又は、３パネルＬＣＤシステムの場合のように、組み合わせられる前に別個のディスプレイパネル上に生成される。しかしながら、本発明の投影システムにおいて、レーザ光パルスシーケンスは、フルカラーパルスシーケンスを与えるために、投影前に組み合わせられ、従って、画像の各画素は、実際にディスプレイ上に投影される前に既に正確な色及び強度のものになり、生ずるパルスシーケンスは、例えば、光ファイバ接続によりマイクロスキャンニングミラーを有するスキャンユニットに転送される。しかしながら、赤色、緑色及び青色の画像がディスプレイ上に別個に投影されるシステムにおいて、述べられた方法を適用することも可能である。

各パルスが画像画素の色に対して適切な強度をもつ、同時に生成されるべき３つのレーザ光パルスをもたらすことにより画像画素が生成されるときには、レーザ光源は、全てが同時にパルス化され得る。明らかに、各レーザ光源は、それ自身のトリガパルスを利用し得る。しかしながら、オーバーヘッドの節約は、トリガパルスがレーザ光源により共有されるときに達成され得る。それ故、本発明の好ましい実施形態において、１つの共有トリガパルストレインが、複数のレーザ光源の各レーザ光源を切り替えるために用いられ、その結果、システム要求の他の削減が得られる。当業者は、斯様な共有トリガパルストレインを用いた画像投影システムが、如何なる色の歪みもなく、例えば１よりも小さい画素の色収差を伴って、十分に正確な光学を必要とするだろう。光ファイバ接続及びマイクロスキャンミラーの前述された例において、光パルスシーケンスは、如何なる歪みを伴うことなく原則的に通り得る。レーザ光源を同時にトリガすることは、原則的に画素の縁部で色の重複がないように、画素の各色のための光パルスが同一の長さであるという追加の利点をもち、これは、赤色、緑色及び青色の画像が立て続けに生成される従来のシーケンシャルカラーディスプレイの場合に当たる。また、例えばＤＬＰ（digital light processing）技術を用いた従来のタイムシーケンシャルシステムとは異なり、色割れ（colour break-up）は問題ではない。しかしながら、レンズ及びプリズムに基づく光学システムは、レーザ光源により生成された光の波長に依存して、拡大又は偏向をもたらす。斯様なシステムにおいては、トリガパルスシーケンスに対する僅かな調整が光学の欠点を補償し得るように、各レーザ光源を別個にトリガすることが好ましい。各レーザ光源を別個にトリガするように選択する他の理由は、特に非常に高いパルス周波数で、平滑な電力潮流を得ることである。斯様な一実施形態の一例は、３つの割り当てアレイの場合において、３つのパルスが隣接画素を生成するように、割り当てアレイのそれぞれを順に用いて、３原色を連続してパルス化することである。この実施形態の利点は、特に平滑な電力潮流である。

本発明の他の目的及び特徴は、添付図面と併せて考慮される以下の詳細な説明から明らかになるだろう。しかしながら、図面は、もっぱら例示の目的のために指定され、本発明の限定の定義としてではないことが理解されるべきである。

画像画素アレイの簡素化された表示を示す。２つのサブフレーム画像としての投影のための図１の画像画素アレイのための画素割り当てアレイを示す。２つのサブフレーム画像としての投影のための図１の画像画素アレイのための画素割り当てアレイを示す。図２ａ及び図２ｂの画素割り当てアレイを用いて投影された、図１の画像画素アレイのためのサブフレーム画像を示す。図２ａ及び図２ｂの画素割り当てアレイを用いて投影された、図１の画像画素アレイのためのサブフレーム画像を示す。３つのサブフレーム画像としての投影のための図１の画像画素アレイのための画素割り当てアレイを示す。３つのサブフレーム画像としての投影のための図１の画像画素アレイのための画素割り当てアレイを示す。３つのサブフレーム画像としての投影のための図１の画像画素アレイのための画素割り当てアレイを示す。図４ａ，４ｂ及び４ｃの画素割り当てアレイを用いて投影された、図１の画像画素アレイのためのサブフレーム画像を示す。図４ａ，４ｂ及び４ｃの画素割り当てアレイを用いて投影された、図１の画像画素アレイのためのサブフレーム画像を示す。図４ａ，４ｂ及び４ｃの画素割り当てアレイを用いて投影された、図１の画像画素アレイのためのサブフレーム画像を示す。従来の画像投影システムにおける画像画素アレイのための光パターン、対応する変調信号及びトリガパルストレインを示す。本発明の方法を用いて２つのサブフレームに渡って分配された、光パターン、第１及び第２のサブフレームのための変調信号、並びに、画像画素アレイのためのトリガパルストレインを示す。本発明の方法を用いて３つのサブフレームに渡って分配された、光パターン、第１のサブフレーム、第２のサブフレーム及び第３のサブフレームのための変調信号、並びに、画像画素アレイのためのトリガパルストレインを示す。本発明の画像投影システムの一実施形態を示す。図９の画像投影システムで使用するパルスレーザのための駆動電子装置の一例となる実現を示す。画像画素アレイが２つのサブフレームアレイに渡って分配された画像の投影を示す。画像画素アレイが３つのサブフレームアレイに渡って分配された画像の投影を示す。

図面において、同様の番号は全体に渡って同様のオブジェクトに言及する。図中のオブジェクトは、実寸で描かれる必要はない。

図１は、非常に簡素化された画像画素アレイＡを示している。図示の目的のために、アレイ中の白い四角は、ディスプレイに照射される画素を示すことを意図され、"黒い"四角（濃いクロスハッチング）は、照射されない画素を示している。明らかに、画像は、フルカラーであり、ここで示されるようなモノクロではない。更に、実用的な目的のための画素アレイは非常に大きく、例えば、ＰＡＬスタンダードを用いたときには画素の７２０×５７６アレイ、又は、フルＨＤに関しては１９２０×１０８０である。

図２ａ及び図２ｂは、図１の画像画素アレイＡが２つのサブフレーム画像として投影される場合について２つの画素割り当てアレイ２１，２２又は占有パターン２１，２２を示す。図面においては、（画像画素アレイＡ中のこれらの値に従って）サブフレームに照射されるべき画素に対応する画素割り当てアレイのエントリが白色フィールドとして示される。換言すれば、これらのフィールドは、"占有"であり、変調信号が生成されるこれらの画素に対応している。そのサブフレームに照射されない画像画素アレイＡの画素に対応する残りのエントリは、クロスハッチングフィールドとして示される。換言すれば、これらのフィールドは、"空"である。２つのサブフレーム画像及びそれ故に２つの占有パターンのこの場合においては、一つおきのアレイエントリが空にされる。占有パターン２１，２２が重ね合わせられるように想像されるときには、その結果物は、全体的に白色の矩形になるだろう。

占有パターン２１，２２を用いた、画像画素アレイＡのためのサブフレーム画像Ｓ_２１，Ｓ_２２が図３ａ及び図３ｂにそれぞれ示される。これらのサブフレームＳ_２１，Ｓ_２２のそれぞれは、そのサブフレームのためのトリガパルスと非ゼロ変調信号との組み合わせられた結果である。サブフレーム画像Ｓ_２１，Ｓ_２２のそれぞれの照射された画素は、対応する占有パターン２１，２２中のマッチング占有エントリをもつ。照射されるべきではない画像画素アレイＡの画素は、斯様な画素のための画素情報が空のエントリに効果的に対応するので、空の画素割り当てアレイエントリと見なされる。サブフレーム画像Ｓ_２１，Ｓ_２２が重ね合わせられるように想像されるときには、その結果物は、完全な画像画素アレイＡになるだろう。再び、図は黒色及び白色の表示に制限されるが、実際には、画素は、グレースケール及びカラー値をもってもよい。

図４ａ〜図４ｃは、画像画素アレイＡが３つのサブ画像の全体を用いて投影される場合の３つの占有パターン３１，３２，３３を示している。再び、前記で図２ａ及び図２ｂに対して述べられたように、（画像画素アレイＡ中のこれらの値に従って）サブフレームに照射されるべき画素に対応する画素割り当てアレイのエントリが生成されて、白色フィールドとして示される。そのサブフレームに照射されるべきではない画像画素アレイＡの画素に対応する残りのエントリは、クロスハッチングフィールドとして示される。この例において、３つの画素割り当てアレイ要素毎に、対応する画像画素アレイ要素が配置され、間に入るエントリが空にされる。占有パターン３１，３２，３３が重ね合わせられるように想像されるときには、その結果物は、全体的に白色の矩形になるだろう。

占有パターン３１，３２，３３を用いた、画像画素アレイＡのためのサブフレーム画像Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３が、図５ａ，図５ｂ及び図５ｃにそれぞれ示されている。これらのサブフレームＳ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３のそれぞれは、そのサブフレームのためのトリガパルスと非ゼロ変調信号との組み合わせられた結果である。サブフレーム画像Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３の各画素は、対応する占有パターン３１，３２，３３中のマッチング占有エントリをもつ。サブフレーム画像Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３が重ね合わせられるように想像されるときには、その結果物は、完全な画像画素アレイＡになるだろう。

画像画素アレイＡが非常に多くのサブフレームに渡って分配されたとしても、その原理は依然として同じである。明らかに、ここで示されたものとは異なる占有パターン及びそれ故にサブフレームアレイ分布が可能である。

示されたサブフレームアレイの画像画素は、レーザ光パルスの対応するシーケンスが生成されてディスプレイに渡ってスキャンされることによりディスプレイ上に投影される。本発明の方法を説明する前に、可能なアプローチが、画像画素アレイＡ´又は光パターンＡ´、ＶＥＣＳＥＬレーザのための対応する変調信号６０及びトリガパルストレイン６１を示す図６を用いて説明されるだろう。このアプローチにおいて、トリガパルストレイン６１は、各画素に対して連続的にレーザ光源をトリガし、変調信号６０は、レーザ出力の強度を制御する。図において、物事を簡単に保つために、４行の画素だけが画像画素アレイＡ´に示される。画像画素アレイＡ´の第１の行において、画素は、交互にオン又はオフである。第２の行において、画素の連続する対がオン及びオフであり、第３の行において、３つの"オフ"画素が３つの"オン"画素に続く等である。変調信号６０は、対応する順序でこれら４つの行のために示される。変調信号がアクティブ即ち高であるときはいつでも、対応する画素が照射されることが図から見られる。生ずるレーザ光パルスシーケンスは、示された光パターンＡ´を生成するために左から右へ（図中には示されない）ディスプレイを横断するようにスキャンされる。図において見られるように、トリガパルスは、ＶＥＣＳＥＬエネルギ変換効率のために必然的に非常に狭くならなければならない。多くの場合、トリガパルスは、画素の３分の１に対してのみアクティブになる。これは、システムが、用いられたレーザ光源の強度の最適な使用を行なわないことを意味する。更に、変調信号６０は、一の画素から次の画素までの時間内に調節しなければならないので、非常に急速に切り替えられなければならない。

明確さのために、この図は、モノクロパターンＡ´のための変調信号だけを示している。明らかに、フルカラー画像投影は、光の原色のそれぞれのための変調信号を必要とする。同様に、本発明の方法がより詳細に述べられる以下の図７及び図８においては、例えば複数のレーザ光源のうちの１つのための、１つの変調信号だけが、各サブフレーム画像に対して示される。多くの場合、画像画素アレイが、フルカラー画素を有し、従って、各原色のレーザ光源が、各画素に対して所望の色を得るために自己の変調信号を要求することが当業者により明らかになるだろう。明らかに、全ての原色レーザ光源の変調信号は、振幅及び位相について異なる。しかしながら、図示の目的のために、決して本発明を制限することなく、１つの変調信号だけが示される。

図７は、前記の図６に対して述べられたものと同じ画像画素アレイＡ´を示している。本発明の例となる実施形態によれば、画像画素アレイＡ´は、図２ａ及び図２ｂで示されたもののような占有パターンを用いた２つのサブフレーム画像として投影され、１つおきの一方の要素がそれぞれ画像画素情報に割り当てられ、１つおきの他方の要素がそれぞれ空にされる。図中に（ｉ）で示された図７の上側領域において、第１のサブフレーム画像が投影される。この目的を達成するために、変調信号Ｍ_２は、第１の画素割り当てアレイに従って生成される。前に既に述べられたような占有パターンに従ってそれぞれの第２の画素が照射されるように、５０％のデューティサイクルをもつトリガパルストレインＴ_２が生成される。トリガパルスは、画素割り当てアレイの各占有要素に対して生成され、トリガパルスが変調信号Ｍ_２中のアクティブ又は高領域と一致するときはいつでも、ディスプレイ中の対応する画素が照射されるように、レーザ光パルスが生成される。同時に、他の原色レーザ光源のための変調信号は、第１のサブフレーム画像がフルカラーで投影されるように、第１の画素割り当てアレイに従って生成され、青色及び緑色レーザにトリガパルストレインＴ_２を伴って適用される。

図中に（ｉｉ）で示された領域において、第２の画素割り当てアレイに対して生成された変調信号Ｍ_２が見られる。この第２の画素割り当てアレイのために、トリガパルストレインＴ２は、第１の画素割り当てアレイに対して照射されなかったこれらの画素を照射することを可能にするために、１画素ずつ位相シフトされる。再び、トリガパルスが第２の変調信号Ｍ_２中のアクティブ又は高領域と一致するときはいつでも、レーザ光パルスが生成され、ディスプレイ中の対応する画素が照射されるだろう。既に説明されたように、青色及び緑色レーザ光源のための変調信号は、第２のサブフレーム画像がフルカラーで投影されるように、第２の画素割り当てアレイに従って同時に生成され、青色及び緑色レーザに、位相シフトされたトリガパルストレインＴ_２を伴って適用される。

第１及び第２のサブフレーム画像がディスプレイ上に高速で投影されるので、視聴者は、全画像を把握する。

図８は、本発明の他の例となる実施形態による、同一の画像画素アレイＡ´ではあるが、今回は画像画素アレイＡ´が３つのサブフレーム画像として投影される画像画素アレイＡ´を示している。図４ａ〜４ｃに示されたような占有パターンがサブフレーム画像の投影において用いられ、３エントリ毎にのみ画像画素情報が割り当てられ、間に入るエントリは空のままである。

図８中の（ｉ）で示された領域において、変調信号Ｍ_３は、第１の画素割り当てアレイのための第１の原色レーザ光源に対して示される（再び、各原色レーザ光源が画素割り当てアレイのための自己の変調信号を実際にはもつことが強調されるだろう）。トリガパルストレインＴ_３は、３画素毎にのみ照射されるように、３３％のデューティサイクルで一連のトリガパルスを生成する。第１のサブフレーム画像の画素は、トリガパルストレインＴ_３のトリガパルスが非ゼロ変調信号Ｍ_３と一致するときにはいつでも照射される。図中の（ｉｉ）で示された領域において示されたような第２のサブフレーム画像に関して、トリガパルストレインＴ_３は、１画素ずつシフトされ、変調信号Ｍ_３は、第２の画素割り当てアレイに対して生成される。同様に、第３のサブフレーム画像は、図中の（ｉｉｉ）で示された領域において示されたように、再び１画素ずつシフトされたトリガパルストレインＴ_３、及び、第３の画素割り当てアレイのための変調信号Ｍ_３を用いて投影される。

本発明の投影システムの一実施形態の基本動作が図９を用いて説明される。この図は、多くのレーザ光源Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂ、並びに、着色されたレーザ光の組み合わせられたビームＢを与えるために原色光ビームＢ_Ｒ，Ｂ_Ｇ，Ｂ_Ｂを組み合わせるためのミラー及びフィルタのシステム１１，１２，１３，１４を示している。この例におけるレーザ光源Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂは、パルス化ＶＥＣＳＥＬＳＬ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂである。この例において、動画は、ディスプレイ２上に投影され、各画像が、本発明の方法を用いて２つのサブフレーム画像として立て続けに投影される。

入力ビデオストリーム１５は、ディスプレイ２上に投影されるべき一連の画像に対応するビデオストリームから一連の画像画素アレイを得るために、ビデオ処理ブロック１６において処理される。各画像画素アレイＡは、ビデオ処理ブロック１６から出力され、割り当てブロック５に転送される。各画像が２つのサブフレーム画像として投影されるので、画像画素アレイエントリを割り当てるために用いられるべき２つの画素割り当てアレイ２１，２２又は占有パターン２１，２２がメモリ１９から取り出される。割り当てブロック５は、レーザ制御ユニット８に転送される出力情報信号１８を供給する。レーザ制御ユニット８は、レーザ光源Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂのそれぞれのための変調信号生成ユニット７_Ｒ，７_Ｇ，７_Ｂと、トリガパルストレイン生成部６とを有する。勿論、構成要素６，７_Ｒ，７_Ｇ，７_Ｂは、１つのユニット８で具現される必要はなく、別個であってもよい。出力情報信号１８は、トリガパルストレイン生成部６のための制御及びタイミング情報を有し、変調信号生成ユニット７_Ｒ，７_Ｇ，７_Ｂのそれぞれのための対応する制御情報も含み、従って、各レーザ光源Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂは、各トリガパルス及び各サブフレーム画像のための適切な量だけ不活性化されるか又は調節される。

それ故、ＶＥＣＳＥＬＳＬ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂのそれぞれの光出力を制御するための変調信号Ｍ_２Ｒ，Ｍ_２Ｇ，Ｍ_２Ｂが、出力情報信号１８に運ばれた情報に従って生成される。換言すれば、現在のサブフレームアレイ中の画像画素情報に従って、赤色変調信号Ｍ_２Ｒは、赤色レーザＬ_Ｒに対して生成され、緑色変調信号Ｍ_２Ｇは、緑色レーザＬ_Ｇに対して生成され、青色変調信号Ｍ_２Ｂは、青色レーザＬ_Ｂに対して生成される。２つのサブ画像が投影されるので５０％のデューティサイクルをもつトリガパルストレインＴ_２は、トリガパルストレイン生成部６において生成され、トリガパルスＴ_２は、それぞれ新たなサブフレームに対して１画素ずつ位相シフトされる。トリガパルスＴ_２が位相シフトされる時点が出力情報信号１８で示されてもよい。

サブフレームが、視聴者により全体画像として認識されるディスプレイ上に投影されるように、組み合わせられたレーザ光ビームＢは、例えばマイクロスキャンミラーを有するスキャンユニット９により、制御された態様、例えば左から右へ及び上から下へディスプレイ２を横断するように偏向される。

示された幾つかの構成要素、例えば、変調信号生成ユニット７_Ｒ，７_Ｇ，７_Ｂ、トリガパルストレイン生成部６、スキャンユニット９等は、ディスプレイ上に画像を投影するために互いに同期される必要があることが、当業者にとって知られるだろう。更に、画像又は動画を投影するのに使用されるべき占有パターンの数は、予め決められるか（例えば工場セッティング）、又は、例えば画像の品質を調節する手段のようにユーザにより選択されてもよい。

図１０は、前の図９に示されたレーザＬ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂのうち１つのための駆動電子装置の一例の実現を示している。この例においては、赤色レーザＬ_Ｒが示される。ここで、画素の赤色成分のための画素電力は、増幅器２２の１つの入力に接続される変調信号Ｍ_２Ｒにより制御される。増幅器２２は、電源２０から給電される。回路は、通常の手法でグラウンド２１に接続される。増幅器２２の出力は、半導体レーザＬ_Ｒにパルスを供給するために、エネルギ格納手段２５（この例においてはキャパシタ２５）に供給される。レーザは、画素クロック信号に同期されたトリガパルス入力２６によりパルス化される。レーザは、スイッチ２４によりイネーブルにされ、活性化の期間、即ち、トリガパルスの幅は、トリガ２３により制御される（その２３は、スイッチ２４の制御のためのトリガパルストレインを供給するので、前に図９で述べられたトリガパルストレインとして一緒に機能する）。レーザ光パルスは、トリガパルスがアクティブであるときはいつでも生成される。エネルギを格納するためにキャパシタ２５を用いることにより、増幅器２２は、エネルギ格納手段２５に平均電流だけを供給する必要があり、効率的なＶＥＣＳＥＬ動作のために必要とされるより高いパルス電流のために設計される必要がない。

図１１は、図１の画像画素アレイＡが、前に述べられたインターリーブされた態様でディスプレイ２上に２つのサブフレーム画像Ｓ_２１，Ｓ_２２として投影され、図中の矢印により示されるような、１つの画像１として視聴者により認識される、画像１の投影を再び示す。

同様に、図１２は、図１の画像画素アレイＡが、３つのサブフレーム画像Ｓ_３１，Ｓ_３２，Ｓ_３３として投影され、矢印により示されるような、１つの画像１として視聴者により認識される、画像１の投影を示す。

前述したように、本発明の方法により可能となった変調信号周波数及びトリガパルス幅の削減は、帯域幅要求において有利な削減をもたらす。投影画像は、視聴者がちらつきを認識しないことを保証するために特定の最小の割合でリフレッシュされなければならない。本発明の方法において、画像内容のごく一部だけが各サイクルにおけるサブフレームのために投影される。レーザ光源は、サブフレームにおいて表示されるべき各画素に対してのみパルス化される必要があり、画素毎である必要はないので、帯域幅は、画像画素アレイが分配されるサブフレームアレイの数に正比例して削減される。画像画素アレイが２つのサブ画像に分解されるときには、帯域幅要求は、半分だけ削減され得る。３つのサブ画像の場合においては、別の手法で要求された帯域幅の３分の１だけが必要とされる。投影されるべき画像は、より多くの、例えば１６以下のサブ画像に分解され得る。それ故、この方法により動作された画像投影システムの要求された帯域幅は、少なくとも２倍だけ効果的に減少され得る。これは、より少ないハードウェアシステム要求をもたらすという利点を有し、従って、本発明の方法を実装する画像投影システムが大幅な低コストで実現され得る。

本発明は、好ましい実施形態及びこれらのバリエーションの形式で開示されたが、非常に多くの追加の変更及びバリエーションが本発明の範囲から逸脱することなく行われることが理解されるだろう。

Claims

ディスプレイ上に画像を投影するための画像投影方法であって、
ａ）投影されるべき前記画像のための画像画素アレイを取得するステップと、
ｂ）前記画像画素アレイのための複数の画素割り当てアレイを取得するステップであって、これにより、各画素割り当てアレイが、占有要素及び空要素を有することになるステップと、
ｃ）画素割り当てアレイに従ってレーザ光源のためのトリガパルストレインを生成し、これにより、トリガパルスが、前記画素割り当てアレイの各占有要素に対して生成されるステップと、
ｄ）前記画像画素アレイに基づいて前記レーザ光源のための変調信号を生成するステップと、
ｅ）サブフレーム画像のためのレーザ光パルスシーケンスを生成するために、前記トリガパルストレインで前記レーザ光源の出力をトリガし、前記変調信号で前記レーザ光源の出力強度を調節するステップと、
ｆ）前記サブフレーム画像が前記ディスプレイ上に投影されるように、前記レーザ光パルスシーケンスをスキャンして前記ディスプレイを横断するステップとを有し、
これにより、前記ステップｃ）〜ｆ）は、前記画像が前記ディスプレイ上に現れるように、前記複数の画素割り当てアレイの各画素割り当てアレイに対して実行される、画像投影方法。
前記レーザ光源のための前記変調信号は、前記画素割り当てアレイに基づいて生成される、請求項１に記載の画像投影方法。
各画素割り当てアレイは、前記画像画素アレイと同じ寸法である、請求項１又は請求項２に記載の画像投影方法。
前記画素割り当てアレイの前記占有要素は、前記画素割り当てアレイに渡って原則的に均一の態様で分配される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の画像投影方法。
画像割り当てアレイの前記占有要素は、前記画素割り当てアレイの空要素の間に互い違いの態様で設けられる、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の画像投影方法。
前記トリガパルストレインのデューティサイクルは、画素割り当てアレイの数に従って選択される、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の画像投影方法。
前記レーザ光パルスシーケンスは、水平の態様で前記ディスプレイを横断するようにスキャンされる、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の画像投影方法。
複数のレーザ光源のうちの前記レーザ光源は、共有トリガパルストレインにより切り替えられる、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の画像投影方法。
画像画素アレイを供給する画像画素アレイソースと、
各画素割り当てアレイが占有要素及び空要素を有する、前記画像画素アレイのための複数の画素割り当てアレイのソースと、
トリガパルスが前記画素割り当てアレイの各占有要素に対して生成される、画素割り当てアレイに従ってレーザ光源のためのトリガパルストレインを生成するトリガパルストレイン生成部と、
前記画像画素アレイに基づいて前記レーザ光源のための変調信号を生成する変調信号生成部と、
サブフレーム画像に対してレーザ光パルスシーケンスを生成するために、前記トリガパルストレインで前記レーザ光源の出力をトリガし、前記変調信号で前記レーザ光源の出力強度を調節するレーザ制御ユニットと、
前記サブフレーム画像がディスプレイ上に投影されるように、前記レーザ光パルスシーケンスをスキャンして前記ディスプレイを横断するスキャンユニットとを有し、
画像投影システムのこれらの構成要素は、画像が前記ディスプレイ上に現れるように、複数のサブフレーム画像を投影する、画像投影システム。
原色光ビームを生成する複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源の各レーザ光源のための別個の変調信号を生成する、対応する複数の変調信号生成部とを有する、請求項９に記載の画像投影システム。