KR20110008203A - 휴대형 ｌｃｏｓ／ｌｃｄ／ｄｌｐ 투사 시스템에서의 전력 소실 감소 - Google Patents

휴대형 ｌｃｏｓ／ｌｃｄ／ｄｌｐ 투사 시스템에서의 전력 소실 감소 Download PDF

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Abstract

감소된 전력 소모와 동작 스캐닝 능력을 구비한 하나 이상의 광원들을 갖춘 투사 시스템이 개시된다. 제어기는 이미지 데이터를 처리하여 광원 제어 신호와 픽셀 스크린 제어 신호를 생성하며,이 신호들은 이미지를 생성하도록 조정된다. 광원으로부터의 광 출력을 특정한 프레임에 대한 픽셀 스크린내의 가장 밝은 픽셀(들)에 부합시킴으로써 전력 소모 감소가 발생한다. 이미지 프레임에 대응하는 최대 레벨에만 부합된 강도 또는 지속기간으로 광 출력 레벨을 설정함으로써, 광원 출력을 자신의 최대 레벨 또는 최대 지속기간으로 설정한 실시예와 비교하여 전력 소모가 감소된다. LCD 스크린일 수 있는 픽셀 스크린은 가장밝은 픽셀들에 대응하는 픽셀 영역들을 투명하도록 설정하며, 픽셀 스크린 상의 다른 덜 밝은 픽셀들은 적절하게 감소된 투명도 레벨로 설정된다.

Description

휴대형 ＬＣＯＳ／ＬＣＤ／ＤＬＰ 투사 시스템에서의 전력 소실 감소{REDUCING POWER DISSIPATION IN PORTABLE LCOS/LCD/DLP PROJECTION SYSTEMS}
본 출원은 Reducing Power Dissipation in Portable Projection Systems이라는 명칭으로 2008년 3월 31일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/072,446호 및 Reducing Power Dissipation in Portable Projection Systems with Scanning Apparatus이라는 명칭으로 2008년 9월 3일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/190,978호의 우선권과 이익을 주장한다.
본 발명은 투사기(projector) 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 투사기 시스템의 전력 소모를 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
투사 기반의 디스플레이 시스템은 수 많은 사람들이 조망하도록 대형 스크린상에 이미지를 투사시키는데 있어서 광범위하게 사용되는 대중적인 방법이다. 투사 시스템은 투사 시스템의 크기와 관련된 보다 큰 이미지 크기, 휴대성, 및 비용을 포함하여, 봉입형 시스템에 비해 많은 장점들을 갖는다. 하지만, 현재의 투사 시스템들은 개선이 가능하다. 이러한 한가지 개선은 감소된 전력 소모의 형태를 가질 수 있다.
스캐닝 투사기 시스템에서는, 픽셀 마다, 적색, 녹색, 및 청색 광원 빔이 활성화가 이루어지고, 그런 다음 이 광원 빔들이 투사 이미지에 걸쳐 MEMS 미러/미러들을 통해 스캐닝됨으로써 이미지가 생성된다.
LCD/LCoS 휴대형 투사기 시스템에서와 같은, 다른 투사 시스템들에서는, 빛은 삼원체, 즉 적색, 녹색, 및 청색 광원(레이저, LED, 또는 임의의 기타 광원)에 의해 제공된다. 때때로 광원은 단일 LED이며, 여러가지 색상들은 칼라 휠 또는 이와 유사한 방법을 통해 획득된다. 여기서 이미지는 이러한 광원들을 최대 전력으로 활성화시키고 그런 후 결과적인 광(light)을 LCD/LCoS 스크린 또는 DLP 엔진상에 및 이들을 통해 비춤으로써 생성된다. LCD/LCoS는 픽셀들의 매트릭스로서 구성되며, 여기서 각 픽셀들은 광에 대해 투명하거나, 불투명하거나 또는 일정 수준의 불투명도로 제조될 수 있다. 투사된 이미지는 LCD/LCoS를 통과함으로써 이미지를 생성하는 광원들로부터의 광량을 (각 픽셀마다 선택적으로) 제어함으로써 생성된다.
종래 기술의 투사 시스템의 단점은 시간이 흘러감에 따라 또는 상이한 온도들에서, 투사 시스템은 광원들의 서로 다른 노후화율 또는 광원들의 서로 다른 온도로 인해 불일치하는 다양한 광원들의 강도를 나타낼 수 있으며 이것은 화이트 밸런스 동작, 채색 충실도 및 이미지 품질에 영향을 미칠 것이라는 점이다. 현재의 종래 기술 시스템들은 이러한 강도 불일치를 다루기 위한 개방형 루프 또는 룩업 테이블 접근법을 채용할 수 있다.
오늘날 개방형 루프법이 통상적으로 이용된다. 개방형 루프 구성에서는, 광원 제어를 위한 피드백 메커니즘이 존재하지 않는다. 이 접근법의 단점은 시스템이 공장에서 조립될 때에 특정한 온도에 맞춰 밸런스와 콘트라스트가 조정된다는 점이다. 하지만, 온도는 변동되기 때문에, 온도에 따라 광원들이 서로 다른 잠재적인 동작을 취하는 것을 고려해보면, 화이트 밸런스와 콘트라스트는 최적값으로부터 벗어나고, 이로써 이미지 품질을 악화시킨다. 또한 광원 노후화가 발생할 것이며, 이 노후화는 세 개의 서로 다른 광원들에서 다를 수 있으며, 이것은 마찬가지로 이미지 품질에 원치않는 영향을 미칠 것이다. 이러한 시스템들에서는, 동작 온도를 일정하게 유지하여 이러한 영향들을 최소화하고자 하기 위해 일반적으로 팬, 히트 싱크 및/또는 TE 쿨러의 세트가 채용되지만, 시동(콜드) 조건은 워밍 업 시간을 필요로 할 수 있으며 TE 쿨러와 팬은 추가적인 전력을 소모할 수 있다. 이러한 두 개의 양태들 및 사진 품질을 감퇴시키는 것은 이 솔루션이 호소력을 갖지 못하도록 만든다.
다른 옵션은 룩업 테이블을 생성하여 이것을 활용하는 것이다. 룩업 테이블 접근법에서는, 시스템내에 온도 센서가 존재하며 각각의 광원들에 대한 룩업 테이블이 시스템내의 EEPROM상에 저장된다. 로직 또는 마이크로제어기는 온도를 판독하여, 희망하는 광원 광 전력을 위해 광원 드라이버내의 적절한 전류를 프로그래밍한다. 오늘날의 시스템에 있어서, 광원들은 최대 전력으로 동작하며 따라서 매 광원 마다 룩업 테이블 세트가 필요하다는 점을 유념해야 한다. 본 기술발명의 일부로서 이후에 제안되는 바와 같이, 만약 광원에 대해 다수의 전력 레벨들이 채택되면, 다수의 룩업 테이블이 필요할 것이며, 필요한 EEPROM의 수량은 희망하는 광원 전력 레벨에 비례하여 증가할 것이다. 이 접근법의 주요한 단점은 광원 특성은 판매자마다 상당히 변동하며, 특히 광원들이 서로다른 배치들로부터 출하될 때에는 심지어 동일한 판매자에 의해 제공되는 광원 마다도 변동된다는 사실이다. 이것은 모든 광원과 여러 온도들에 맞춰 룩업 테이블이 구축될 필요가 있기 때문에 제조상에 거대한 부담을 안겨준다. 이것은 (장비의 비용과 제조 테스트 시간 관점 모두에서) 매우 시간 소모적이며 고비용이다.
이하의 개시내용은 전력 소모를 감소시키고 시간과 온도에 대해서 화면 품질을 유지하면서 투사 이미지를 생성하는 방법 및 장치를 제공한다.
종래 기술의 단점을 극복하고 추가적인 이점을 제공하기 위해, 전력 소모를 감소시키는 투사 시스템 및 동작 방법이 개시된다. 본 명세서에서 개시된 바에 따른 일 실시예에서, 다수의 이미지 픽셀들을 포함하는 투사 이미지를 생성하는 방법이 제공되며, 이 방법은 이미지 데이터를 수신하고 처리하여 픽셀 매트릭스 제어 데이터와 광원 제어 데이터를 생성하는 것을 포함한다. 또한 본 방법의 일부는 광원의 출력 강도를 프레임 마다 선택적으로 제어하기 위해 광원 제어 데이터를 하나 이상의 광원들에게 제공하는 단계이다. 그런 다음, 하나 이상의 픽셀 매트릭스의 픽셀들의 불투명성을 프레임 마다 선택적으로 제어하기 위해 픽셀 매트릭스 제어 데이터를 하나 이상의 픽셀 매트릭스에 제공하는 단계가 제공된다. 본 방법의 일부로서, 특정한 프레임에 대해, 하나 이상의 광원들 중 하나의 광원의 출력 강도는 진폭 변조, 펄스 폭 변조, 또는 이 모두에 의한 일정한 레벨로 설정된다. 이어서, 이것은 가장 높은 색상 강도를 갖는 이미지 픽셀에 대해 희망하는 색상 강도를 산출시킬 것이며, 픽셀 매트릭스내의 대응 픽셀은 투과하는 광 강도를 감소시키지 않도록 설정된다.
일 실시예에서, 픽셀 매트릭스는 픽셀 마다 광을 필터링하는 LCD/LCoS/DLP 스크린 또는 기타 수단을 포함한다. 픽셀 매트릭스는 이미지보다 적은 수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 매트릭스내의 적어도 하나의 픽셀은 투명해지도록 제어된다. 이 방법에서, 광원들은 하나 이상의 광원들로부터의 광 에너지를 출력하여 이미지를 생성한다.
또한 본 명세서에서는 이미지 데이터를 수신하는 단계와 이미지 데이터를 처리하는 단계를포함하는, 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하여 이미지 프레임을 생성하는 방법이 개시된다. 이미지 데이터는 투사되는 이미지를 표현하며, 이미지 프레임내에서 하나 이상의 픽셀들은 이미지 프레임에 대한 가장 높은 광 강도를 갖는다. 본 방법은 이미지 프레임에 대해, 이미지 데이터를 처리하여 이미지 프레임내에서 하나 이상의 어느 픽셀들이 가장 높은 광 강도를 갖는지를 결정한다. 마찬가지로, 본 방법은 픽셀 스크린내의 하나 이상의 픽셀들에 대한 투명도 레벨을 설정하기 위해 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 생성한다. 이 구성에서, 가장 큰 광 강도를 갖는 하나 이상의 픽셀들은 반투명하도록 설정된다. 그런 다음 본 방법은 이미지 프레임에 대해 가장 높은 광 강도를 생성하는데 필요한 광 신호 전력 레벨을 결정하고, 가장 높은 광 강도를 생성하는데 필요한 광 신호 전력 레벨에 기초하여 하나 이상의 광원 제어 신호들을 생성한다. 그 후, 본 방법은 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 픽셀 스크린에 출력시키고, 하나 이상의 광원 제어 신호들을 하나 이상의 광원들에 출력시킨다.
일 실시예에서, 하나 이상의 광원들은 하나 이상의 레이저들을 포함한다. 또한, 하나 이상의 픽셀 스크린들은 대체적으로 투명한 상태와 대체적으로 불투명한 상태 사이에서 제어될 수 있는 개별적으로 제어가능한 픽셀 영역들을 갖는 하나 이상의 LCD 스크린들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들은 가장 높은 광 강도보다 작은 광 강도를 갖는 이미지 프레임내의 픽셀들에 대응하는 픽셀 스크린내의 픽셀들을 적절한 양의 광을 통과시키기 위한 대응하는 반투명도 레벨로 제어하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광원들은 이미지 프레임에 대한 최대 광 강도에 대응하는 강도를 갖는 광을 출력시킨다. 이것은 하나 이상의 광원들에 의해 생성된 광의 강도를 결정하는 하나 이상의 광원 제어 신호들에 기초하여 발생된다.
또한, 하나 이상의 광원 제어 신호들에 의해 결정된 강도로 광 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들에 기초하여 다양한 반투명도 레벨로 제어가능한 하나 이상의 픽셀 영역들을 갖는 하나 이상의 픽셀 스크린들을 포함하는 투사 시스템이 개시된다. 또한 본 시스템의 일부는 이미지 데이터를 수신하도록 구성된 하나 이상의 입력들을 갖추도록 구성된 제어기 및 이미지 데이터를 처리하여 하나 이상의 광원 제어 신호들과 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 생성하도록 구성된 프로세서이다. 하나 이상의 출력들은 하나 이상의 광원 제어 신호들을 하나 이상의 광원들에게 출력하고,하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 하나 이상의 픽셀 스크린들에게 출력하도록 구성된다. 따라서, 광 출력은, 프레임 마다, 특정한 프레임에 대한 최대 광 강도에 부합하는 강도 또는 지속기간을 가지며, 이로써 전력 소모를 감소시킨다.
일 실시예에서, 하나 이상의 광원들은 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원을 포함한다. 하나 이상의 광원들은 하나 이상의 레이저들을 포함할 수 있다. 하나의 변형예에서, 시스템은 광을 포커싱하여 이미지를 형성하도록 구성된 하나 이상의 미러들과 렌즈들을 더 포함한다. 또한, 일 실시예에서, 하나 이상의 광원들에 의해 생성된 모든 광들이 픽셀 스크린내의 대응 픽셀들을 통과할 수 있도록, 프레임에 대해 최대 광 강도를 갖는 이미지내의 픽셀들에 대응하는 픽셀 스크린내의 픽셀들은 투명하게 설정된다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 픽셀 스크린은 이미지를 형성하는 적은 수의 픽셀들을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이미지의 투사를 제어하기 위한 투사 시스템 제어기가 개시된다. 이 시스템에서, 제어기는 이미지 데이터를 수신하도록 구성된 입력부와 하나 이상의 광원 제어 신호들을 출력하도록 구성된 광원 제어 신호 출력부를 갖는다. 픽셀 매트릭스 제어 신호 출력부는 하나 이상의 픽셀 매트릭스 제어 신호들을 출력하도록 구성되고, 프로세서는 이미지 데이터를 처리하여 하나 이상의 픽셀 매트릭스 제어 신호들을 생성하고 이 신호들을 하나 이상의 광원 제어 신호들과 동기화시킴으로써 하나 이상의 광원들의 전력 소모를 감소시키도록 구성되고 제공된다. 이것은 하나 이상의 광원들로부터의 광 강도 출력, 광 출력 지속기간 또는 이 모두를, 이미지내에서 가장 밝은 하나 이상의 픽셀들 중 임의의 픽셀에 대한 광 강도에 부합시킴으로써 발생한다.
일 실시예에서, 제어기는 머신 판독가능 코드를 실행시키도록 구성된 마이크로프로세서를 포함한다. 이 시스템은 또한, 광원 제어 신호 출력을 수신하고 출력 신호를 생성하여 광원을 구동시키도록 구성된 구동기를 포함할 수 있다. 일 구성에서, 픽셀 매트릭스 제어 신호는 LCD 스크린의 하나 이상의 픽셀들의 투명도 레벨을 투명과 불투명사이의 다양한 레벨들로 제어한다.
감소된 전력 소모와 동작 스캐닝 능력을 구비한 하나 이상의 광원들을 갖춘 투사 시스템이 제공될 수 있다.
아래의 도면들과 상세한 설명을 살펴보면 본 발명의 다른 시스템들, 방법들, 특징들, 및 장점들이 본 발명분야의 당업자에게 자명할 것이거나 또는 자명해질 것이다. 이와 같은 모든 추가적인 시스템들, 방법들, 특징들, 및 장점들은 본 설명내에 포함되며, 본 발명의 범위내에 속하며, 첨부된 청구범위들에 의해 보호되는 것으로 한다.
도면에 있는 구성 요소들은 반드시 실척도로 도시될 필요는 없으며, 대신에 본 발명의 원리를 설명할 때 강조되도록 배치된다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 상이한 도면들에 걸쳐서 대응하는 부분들을 가리킨다.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 사용 환경과 광원과 픽셀 매트릭스 제어기를 도시하는 블럭도이다.
도 2는 광원 전류 소모와 관련된 광학 신호 전력의 도표이다.
도 3a 내지 도 3d는 종래 기술 방법, 진폭 변조, 펄스 폭 변조 및 듀티 싸이클 변조하에서 생성될 때의 광 출력 강도 및 지속기간의 도표를 나타낸다.
도 4는 온도 증가 또는 노후화와 관련된 광 출력 전력 대비 광원 전류의 도표이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 디지털 구현 실시예의 블록도이다.
도 6은 전력 제어 루프의 잠재적인 구현예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 예시적인 아날로그 구현 실시예의 블록도이다.
도 8은 펄스_폭, 타겟_전력, 및 이득_설정에 부합하는 전력 레벨을 위한 예시적인 다양한 희망 전력 레벨들을 도시하는 테이블이다.
도 9a는 전체 이미지 픽셀 세트의 서브세트인 LCD 매트릭스를 갖춘 스캐닝 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 9b는 LCD 매트릭스의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1a 및 도 1b에서 도시된 예시적인 환경에서, 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원과 같은, 세 개의 광원들(108)에 의해 광(104)이 제공되는 투사기 시스템이 개시된다. 다른 실시예들에서는, 이와 다른 개수의 광원들이 활용될 수 있다. 광원들(108)은 레이저, LED, 또는 기타 임의의 광원을 포함할 수 있다. 광원들의 출력은 광학 시스템(136)에 제공된다. 이 실시예에서, 광학 시스템(136)은 하나 이상의 렌즈들, 미러들, 또는 이 모두를 포함한다. 광학 시스템(136)은 광을 픽셀 매트릭스(120)에 전달하거나 또는 광을 픽셀 매트릭스(120)에 포커싱한다. 광학 시스템(136)은 능동형 또는 수동형일 수 있다. 이러한 색상들을 픽셀 매트릭스(120)를 통해 비추고 필터링함으로써 이미지(112)가 생성된다. 일 실시예에서, 픽셀 매트릭스(120)는 LCD/LCoS 시스템이다. 다른 실시예들에서, 이것은 DLP 엔진일 수 있다. 픽셀 매트릭스(120)는 각각의 픽셀들이 빛에 대해 투명하거나 또는 불투명하도록 제조될 수 있거나, 또는 투명과 불투명 사이의 어느 정도 레벨의 불투명성을 갖도록 제조될 수 있는 픽셀들(124)의 매트릭스이다. 광원들(108)로부터의 광을 (각각의 픽셀마다 선택적으로) 비추거나 또는 차단시킴으로써 투사 이미지(112)가 생성된다. 결과적인 이미지(112)가 조망 스크린(116)상에 투사될 수 있다. 다수의 픽셀 매트릭스(LCD/LCoS 스크린)가 또한 몇몇 실시예들에서 이용될 수 있다(예컨대 색상 당 하나).
제어기(130)는 제어 신호들 또는 로우 전력 출력을 하나 이상의 구동기들(134)에 제공한다. 하나 이상의 구동기들(134)은 광원들(108)을 전력구동시키는데 적합한 레벨로 제어기(130)로부터의 신호(들)을 증폭시킨다. 제어기(130)는 또한 하나 이상의 제어 신호들을 제공하도록 픽셀 매트릭스(120)를 이러한 장치들에 연결시킨다. 이 예시적인 실시예에서, 제어기(130)는 이미지 데이터를 수신하지만 다른 실시예들에서는 다른 유형의 데이터가 제어기에 보내질 수 있는 것을 생각할 수 있다. 상이한 시구간들 및/또는 프레임들 동안에 각각의 픽셀의 불투명도를 제어하기 위해 하나 이상의 제어 신호들이 픽셀 매트릭스(120)에 보내진다. 용어 불투명도는 픽셀 매트릭스(120)내의 픽셀(124)을 통과하도록 허용된 광량을 의미하는 것으로 정의된다.
픽셀은 광의 100%(매트릭스 자체에서의 잠재적인 손실들은 무시함)가 통과할 수 있도록 투명할 수 있거나, 또는 어떠한 광도 통과하지 못하도록(또는 매우 작은 광만이 통과될 수 있도록) 불투명할 수 있거나, 또는 픽셀 매트릭스(120)의 각각의 픽셀(124)을 통과하도록 하는 다양한 광 레벨들 사이의 임의의 레벨의 불투명도를 가질 수 있는 것을 생각할 수 있다.
광원들(108)에 대한 하나 이상의 제어 신호들은 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광과 관련된 강도, 지속기간, 또는 임의의 요소를 제어할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 광원들은 동시적으로 항상 온(on)상태에 있는 것은 아니며, 이에 따라 세 개의 광원들 각각은 프레임의 지속기간의 1/3동안 온 상태에 있다는 것을 유념해야 한다. 인간의 눈의 반응 시간은 매우 느리기 때문에, 비록 색상들(광원들)이 순차적으로 턴온된다할지라도 각각의 프레임은 완전한 색상으로 인식된다.
[0034] 본 명세서에서 설명되는 비슷한 원리들이 스캐닝 시스템에 적용될 수 있다. Method and Apparatus for Controllably Modulating a Laser in a Laser Projection Display이라는 명칭의 출원 공개 번호 20080055557에서는 레이저, 또는 임의의 광원, 이미지를 스캐닝하는 투사 시스템을 설명해주고 있으며, 이 공개문헌은 본 명세서에서 그 전체 내용이 참조로서 병합된다. 이 공개문헌은 스캐닝 유형의 투사 시스템을 설명하고 있다.
도 1a의 상단부에서는 두 개의 예시적인 픽셀 매트릭스들(120a, 120b)이 있으며, 이들 중 어느 것이나 활용될 수 있다. 이러한 픽셀 매트릭스들은 광원들(108)과 스크린(116) 사이의 광 경로에 놓여 있다. 도 1a의 상단부에서 도시된 픽셀 매트릭스(120)에서는, 픽셀 스크린의 이해를 돕기 위해 매트릭스 부분(120)이 90도 회전되어 있다. 설명용도의 이 예시적인 실시예에서, 조망가능 이미지(112)상의 첫번째 픽셀에 대응하는 픽셀 매트릭스내의 픽셀들(124)은 '1'로 라벨표기된다. 조망가능 이미지(112)상의 두번째 픽셀을 위한 픽셀들은 '2'로 라벨표기된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서, 픽셀 매트릭스(120A)는 조망가능 이미지내의 각 픽셀에 대해 세 개의 픽셀들(124)을 갖는다. 이 실시예에서, 각각의 픽셀(124)은 적색, 녹색 및 청색과 같은, 색 광원에 할당되며, 따라서 해당 광원이 광을 방출할 때의 시구간 동안에 제어된다. 다른 시간들에서는, 픽셀은 빛이 통과하는 것을 방해하거나 금지시키도록 하기 위해 불투명해질 수 있다.
일 실시예에서, 픽셀 매트릭스(120B)에서 도시된 바와 같이, 픽셀 매트릭스(120)상의 픽셀들과 이미지(120)의 픽셀들간의 일 대 일 대응이 존재한다. 각각의 픽셀(124)은 프레임의 각 기간마다 개별적으로 제어된다. 예를 들어, 만약 프레임 시간이 적색, 녹색, 청색 각각에 대해 하나씩, 세 개의 시간 윈도우들로 분할되면, 각각의 픽셀(124)의 불투명도는 프레임에 대한 해당 픽셀의 강도와 색상에 따라 세 개의 시간 윈도우들 각각의 동안에서 서로 다를 가능성이 높을 것이다. 이에 따라, 각각의 색상의 희망하는 광량이 통과될 수 있도록 각각의 픽셀(124)의 불투명도는 프레임 동안에 제어된다. 안구는 이러한 광을 혼합시켜서 희망하는 실제 색상을 생성하기 쉬울 것이다. 청구범위를 일탈하지 않고서, 광이 픽셀 매트릭스(120)를 선택적으로 통과할 수 있도록 해주는 다른 방법들이 개발될 수 있다는 것을 생각할 수 있다.
도 1b는 광원 및 픽셀 매트릭스 제어기의 대안적인 실시예를 도시한다. 이것은 단지 하나의 잠재적인 예시적 사용 환경에 불과하다. 이 실시예에서, 비디오 프로세서(150)는 이미지를 생성하는데 이용되는 이미지 데이터를 생성하고, 처리하거나 또는 수신한다. 도시된 바와 같이, 비디오 프로세서(150)는 이미지 데이터를 광원 구동기(154)에 출력한다. 이 실시예에서, 전력 레벨 정보를 포함하는 전송이 통신 인터페이스를 통해 발생한다. 광원 구동기(154)는 또한 이후에 보다 자세하게 설명될 광검출기(166)로부터 피드백 입력을 수신한다.
도시된 바와 같이, 광원 구동기(154)는 구동 신호들을 광원들(158)에 출력한다. 이 실시예에서는, 적색, 녹색 및 청색으로 변하는 세 개의 광원들이 존재한다. 다른 실시예들에서는, 보다 많거나 또는 보다 적은 수의 광원들이 활용될 수 있다. 광원들(158)은 광 출력을 생성하고, 이 광 출력은 도시된 바와 같이 하나 이상의 미러들(162)로 전달되거나 또는 렌즈 또는 빔 형성 장치로 직접 전달된다.
렌즈 또는 빔 쉐이퍼(170)는 미러(162)로부터의 광을 LCD(174) 또는 기타 광 강도 제어 유닛을 통과하도록 포커싱한다. LCD(174)를 통과하는 광은 이미지(178)를 형성하기 전에 추가적인 렌즈 또는 빔 쉐이퍼(170)를 통과할 수 있다. 다른 실시예는 택일적 사항인 미러를 포함하지 않을 수 있다.
렌즈 또는 빔 쉐이퍼(170)가 광의 일부분을 광검출기(166)에 전달할 수 있는 것이 생각될 수 있다. 광검출기(166)는 광 에너지를 대응하는 전기적 신호로 변환시킴으로써 폐루프 피드백을 도시된 광원 구동기(154) 또는 비디오 프로세서에 제공한다. 도 1a 및 도 1b의 실시예들은 이미지 또는 비디오를 처리하도록 구성될 수 있는 것을 생각할 수 있다.
투사기가 휴대형이다라는 사실을 가정하면, 전력 효율성을 개선시키기 위한 임의의 잠재적인 기술을 이용하는 것이 중요해질 수 있다. 본 개시내용은 일반적으로 광원들 및/또는 시스템의 전력 효율성을 상당히 개선시키는 기술을 설명한다. 기본적인 아이디어는 광원을 최대 강도로 유지하는 것 대신에 프레임 별로 광원들의 출력의 광 강도를 조정하는 것이다. 이것은 특정한 프레임에 대한 해당 색상의 최대로 필요한 밝기에 대응하도록 광원들의 전류를 스케일링함으로써 달성될 수 있다. 각각의 광원 색상이 이러한 방식으로 스케일링될 수 있거나 조정될 수 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 광학 전력 출력은 입력 전류의 함수이다. 광학 전력 출력은 수직축(204)상에 도시되는 반면에 전원에 대한 전류 입력은 수평축(208)상에 도시된다. 광학 전력 출력을 감소시킴으로써, 광원의 전력 소모는 감소될 것이다. 따라서, 전력 소모를 감소시키는 한가지 방법은 광원으로부터의 광 출력의 광 강도를 감소시키는 것이다. 또한, 광원 전압 강하는 상이한 입력 전류에 대해서 대체로 일정하게 유지된다. 이러한 방식으로, 광학 전력 출력을 감소시킴으로써, 광원의 전력 소모는 감소되고, 이에 따라, 전력 소실도 또한 감소된다. 따라서, 광 출력 강도를 레벨 P2에서 P1으로 감소시키기를 요구하는 것은 마찬가지로 입력 전류가 I2에서 I1으로 감소될 수 있도록 해준다. 이것은 전력 소모를 감소시킨다.
또한, 저 전력 소모 모드 동안에서 조차도, 반도체 레이저 또는 LED와 같은 광원은 문턱 전압 Ith라고도 불리우는 턴 온 전류를 갖기 때문에, 프레임의 일부분 동안에 광원이 전체적으로 턴오프될 수 있는 정도까지, 추가적인 전력 이용 감소가 발생할 것이다. 광원을 차단시킴으로써, 문턱 전류로 인한 전력 소모는 회피된다. 따라서, Ith는 제거될 수 있다. (도 2에서 도시된 것과 다른 전송 특성을 가질 수 있는) 임의의 광 생성 시스템에서, 광학 출력 전력은 항상 변환 효율이 < 1(일반적으로는 1보다 훨씬 작다)인 입력 전력의 함수인 점을 유념해야 한다. 본 발명은 광원에 독립적으로 임의의 광원에 명료하게 적용될 것이며, 임의의 광학 전력 절감은 보다 큰 전기 전력 절감으로 전환될 것이다.
전력 소모를 감소시키기 위해, 광원으로부터의 광의 강도, 또는 광의 활동 지속기간(펄스 폭), 또는 이 모두는 감소된다. 이어서 이것은 각 프레임마다 광 강도를 최대로 설정한 종래기술 실시예들과 비교하여 전력 소모를 감소시켜준다.
광원의 강도가 조정될 때, 픽셀 매트릭스(120)의 각 픽셀의 투명도 레벨이 또한 조정된다. 예를 들어, 만약 프레임내의 픽셀이 최대 전력의 광원들의 경우에서 어떠한 강도를 갖는 다면, 픽셀 매트릭스의 픽셀 투명도는 최대 스케일로 이용된 광 강도의 반비례 또는 어떤 다른 역관계로 스케일링된다.
도 3a 내지 도 3d는 광학 신호 강도 또는 광 강도 출력의 예시적인 도표를 도시한다. 설명한 바와 같이, 각각의 프레임 동안에, 각각의 색상은 일부분의 시간동안에서만 온 상태에 있을 수 있다. 도 3a는 광원이 전체 기간 동안 온 상태에 있고, 절전 모드가 진폭 변조 솔루션과 펄스 폭 변조 솔루션을 갖는 종래기술 시스템을 도시한다. 도 3a는 LCD 또는 기타 유형의 스크린에 제시되는 광 강도를 위한 예시적인 종래의 접근법을 도시한다. 두 개의 예시적인 도표들에서 볼 수 있는 바와 같이, 광 강도는 프레임 전체 지속기간 또는 프레임의 각각의 색상 부분에서 최대 강도에 있다. 이것은 최대 속도로 전력을 소모시킨다.
도 3b의 예시적인 도표는 광의 진폭 변조의 예를 도시한다. 이 예시적인 도표에서, 광 강도는 대응하는 시구간 동안의 스크린 어레이에 필요한 최대 강도로만 구축된다. 따라서, 각각의 색상에 대해, 광원에 의해 출력된 광의 강도는 해당 픽셀의 해당 색상을 위한 최대 강도 레벨로 설정된다. 따라서, 종래기술과는 달리, 광원들은 매 시구간 동안에 각자의 최대 레벨로 전력구동되지 않는다.
도 3c의 예시적인 도표는 광의 예시적인 펄스 폭 변조를 도시한다. 이 예시에서, 광 펄스 지속기간은 프레임과 같은, 대응하는 시구간 동안의 LCD 스크린 어레이에 필요한 지속기간 동안에만 구축된다. 따라서, 각각의 색상에 대해, 광원에 의해 출력된 광의 지속기간은 프레임 동안 스크린 어레이를 통과한 후 해당 특정 색상의 밝기를 구축시킬 지속기간으로 설정된다. 따라서, 종래기술과는 달리, 광원들은 전체 프레임 색상 기간 동안에 전력구동되지 않는다.
도 3b에서 도시된 광원의 진폭 변조를 활용하는 것과 같은 일 실시예에서, 각 광원의 색 강도(광도)는 해당 프레임내의 최대 색 강도를 갖는 픽셀의 색 "강도"에 있거나 또는 이보다 높다. 안구의 유한 응답 시간(이것은 사실상 광에 대해 로우 패스 필터로서 역할을 한다)이 주어지면, 감소된 색상 강도는 광 강도를 감소시키거나 또는 광원을 프레임 지속기간 보다 작은 시간 동안 온 상태로 남겨두고 매트릭스 스크린의 대응 픽셀의 불투명도를 감소시킴으로써 획득될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 색상에 대해, 필요한 광원 출력 레벨과 관련하여 해당 색상의 가장 큰 강도(밝기)를 갖는 픽셀과 이 강도 레벨은 무엇인지를 결정하기 위해 픽셀들의 프레임이 분석된다. 그런 후, 확인된 픽셀은 투명하도록, 즉 불투명하지 않도록 설정되고, 광원은 해당 광 출력전력 레벨로 설정된다. 결과적으로, 광원 출력 레벨은 해당 색상에 대한 해당 프레임을 위한 최소의 잠재적인 광 출력 레벨로 설정된다. 결국 이것은 감소된 전류 소모를 불러일으키며, 잠재적으로는 광원의 보다 긴 수명시간을 야기시킨다. 이 접근법은 개선된 콘트라스트비의 추가적인 이점도 가질 수 있다.
이전에 확인된 픽셀(들)보다 낮은 광 강도를 갖는, 이미지 프레임내의 다른 픽셀들 각각에 대해, 픽셀 매트릭스내의 픽셀의 불투명도는 증가되어 이미지내의 해당 픽셀에 대해, 픽셀 매트릭스를 통한 광 강도를 감소시킨다. 특정한 어느 색 성분도 갖지 않는 픽셀들에 대해서는, 픽셀 매트릭스내의 픽셀은 불투명하게 설정되어 해당 색상의 어느 것도 픽셀 매트릭스를 통과하지 못한다.
상술한 바에 추가하여, 광원 출력의 진폭이 변조되는 것 대신에, 픽셀 매트릭스내의 픽셀들의 불투명도와 관련하여, 광 펄스의 지속기간이 감소될 수 있는 것을 또한 생각할 수 있다. 이것은 도 3c와 관련하여 위에서 제시되어 있다. 이것은 또한, 각각의 특정 색상에 대해, 광원이 짧은 시구간 동안에 온 상태에 있을 것이기 때문에 전력 소모를 감소시킬 것이다. 상술한 바와 같이, 특정한 색상에 대해 가장 큰 색상 강도를 갖는 이미지 픽셀이 확인되고광원의 지속기간이 광 강도의 레벨을 제공하도록 설정되는 것을 생각할 수 있다. 픽셀 매트릭스내의 대응 픽셀은 투명해지도록 제어될 것인데, 즉 최고 강도의 광이 통과할 수 있도록 해줄 것이다. 이미지내의 다른 모든 픽셀들에 대해서는, 픽셀 매트릭스내의 픽셀들의 불투명도는 해당 이미지 픽셀의 해당 색상의 강도에 대응하도록 증가될 것이다. 이 방법은 광원(레이저, LED, 또는 임의의 기타 광원)이 완전히 오프되어 있는 시간량 동안의 임의의 문턱 전류에 대응하는 전류를 절감시키는 추가적인 장점을 갖는다.
도 3d는 펄스 폭 변조에 대한 변형에서의 예시적인 광 출력을 도시한다. 이 예시적인 변조 기술에서, 각 색상에 대한 펄스들의 듀티 싸이클을 조정함으로써 광원 전력 소모는 감소된다. 펄스들은 최고 강도로 구축되지만, 펄스들의 듀티 싸이클은 프레임에 대한 최대 광 강도에부합하도록 조정된다. 이것은 광원이 온 상태에 있는 시간적 양을 감소시킴으로써 전력 소모를 감소시키며, 문턱 전류 소모를 감소시킨다. 추가적인 장점은 이 변조 기술은 마스터 클럭 변화에 둔감하다는 점이다. 이 변조 기술은 또한 생성된 이미지에서의 인공물들을 부드럽게해주거나 또는 감소시킬 수 있다.
전력 절감을 실현하면서 색상 강도 선택에서의 보다 나은 해결책을 달성하기 위해 픽셀 불투명 제어와 관련된 위 세 개의 방법들(진폭 변조 및 펄스 폭 변조)의 조합이 또한 가능하다는 것을 또한 생각할 수 있다.
다른 접근법은 광검출기 또는 광검출기 어레이가 적색, 녹색 및 청색 광원으로부터의 전력에 비례하는 피드백을 제공하도록 해주는 어떠한 폐루프 전력 제어의 형태를 활용하는 것이다. 신호는 출력 전력 레벨로 정보를 제공하도록 디지털화될 수 있으며, 이에 따라 제어기는 광원들에 대한 전류 이득 설정을 조정할 수 있다. 이와 달리, 신호는 평균 전력의 피드백 및 제어를 제공하기 위해 프레임보다 긴 시구간에 걸쳐서 합산될 수 있다. 하지만, 이러한 제어 방법들 중 어느쪽에서의 긴 합산 또는 피드백 시간으로 인해, 이 접근법은 프레임 마다의 출력 전력의 효과적인 제어를 가능하게 해주지 않을 수 있을 것이다.
이 아이디어의 하나의 장점은 전력 절감이지만 다른 장점들도 또한 제공된다. 일반적인 영화 또는 디스플레이 이미지에서는 평균 색상 강도가 40% 정도이다. 따라서, 펄스 폭 변조 또는 광 강도(진폭) 변조에 의한 프레임 마다의 광원 색상 "변조"가 이용된다면, 이상적으로는 광원에서의 전력 소실의 60%까지 절감하는 것이 가능할 것이다. 만약 진폭 변조가 이용된다면, 이론적인 전력 절감은 광원들의 유한 문턱 전류로 인해 약간 감소될 것이다. 또한, 저전력에서 동작하고 및/또는 보다 짧은 양의 시간 동안에 동작한다면, 광원 수명은 증가할 수 있다. 마찬가지로, 투사 시스템이 보다 낮은 평균 전력으로 동작하도록 설계될 수 있다면 비용 절감이 초래될 수 있다.
시간 및/또는 온도의 화면 품질의 불일치를 극복하기 위해, 명세서에서 개시된 본 발명은 광학 신호 강도 피드백 구조를 포함한다.
도입 방법으로서, 도 4에서는 전류의 함수로서의 광원 광학 출력 전력의 일반적인 전송 곡선이 나타난다. 이 예시적인 도표에서, 광학 전력 출력은 수직축(404)상에서 도시되는 반면에 광원의 전류는 수평축(408)상에서 나타난다. 이 도표는 장치 작동에 대한 온도 또는 노후화의 영향을 도시한다. 이 도표에서, 온도가 증가할수록, 광원의 문턱 전류 Ith는 증가하고 변환효율(곡선의 기울기)은 감소한다. 광원 노후화에서도 이와 유사한 효과가 관찰될 수 있다.
투사 시스템에서, 하나의 중요한 성분은 광학 전력 출력이며, 따라서 일 실시예에서는, 시스템 관점으로부터, 이상적으로, 비디오 프로세서는 특정한 동작 조건(온도 및 노후화 상태)에서 광원이 필요로 하는 전류 대신에 비디오 정보(즉, 프레임에 필요한 색상의 양)만을 광원 구동기에게 전달할 수 있다. 도 4로부터, 동일한 광학 출력 전력은 상당히 다른 전류들을 필요로 할 수 있다는 것이 분명해보인다.
본 방법의 하나의 양태는 모니터 광검출기를 이용하여 광원들에 의해 방출되는 전력의 양(광 강도)을 모니터링하고, 이 정보를 이용하여 자동적으로 전류를 적절한 레벨로 조정한다.
하나 이상의 광원들을 위한 모니터 광검출기(들)(PD)은 하나 이상의 광원들로부터의 광에 의해 조명받도록 배치될 수 있다. 이것은 후면 모니터 PD 또는 광학장치에 의해 달성될 수 있으며, 이로써 이와 같은 시스템은 본 발명분야의 당업자가 과도한 실험없이도 실시할 수 있다.
모니터 PD의 특성은 온도에 따라 또는 장기적인 사용(노후화)의 결과로서 상당히 변하지 않는다는 점과, 시스템이 노후화될 때에, 광으로부터 전류로의 변환 효율은 일정하게 유지되고 온도에 걸쳐서 예측가능하다는 점을 유념해야 한다. 부분 대 부분의 PD 변환 효율의 변형은 초기 제조 테스트 동안에 단일 온도에서 손쉽게 교정될 수 있다.
도 5에서의 블록도는 본 솔루션의 잠재적인 실시예를 나타낸다. 도 5에서는 디지털 접근법이 도시되어 있다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 아날로그 프론트 엔드(504)는 모니터 광검출기(도 5에서는 미도시됨)로부터 전류값을 수신한다. 아날로그 프론트 엔드(AFE)(504)(또는 AFE의 일부)는 TIA(transimpedance amplifier), VGA (variable gain amplifier, 입력을 절절하게 스케일링하기 위한 것임) 및 AAF(anti-aliasing filter)일 수 있다. AFE(504)의 출력은 아날로그 신호를 ADC(508)에 제공하며, 이 ADC(508)에서는 데이터가 디지털 영역으로 변환된다. 모듈(516)을 포함하는 자동 전력 제어 루프(automatic power control loop; APC)는 PWM 발생기(512)에 의해 생성된 (어떤 광원이 어떤 시간에 온 상태에 있는지에 관한) 정보를 이용하여 ADC(508)로부터의 어느 샘플들이 고려될 필요가 있는지를 결정한다. PWM 발생기(512)는 또한 입력 펄스 폭 신호와, 본 실시예에서 적색_ON/녹색_ON/청색_ON으로서 나타나는 광 색상 온 신호를 수신한다. APC 모듈(516)은 도시된 바와 같이 타겟 전력 신호와 이득 설정 신호를 수신한다.
예를 들어, 만약 PWM 발생기(512)로부터의 정보가 광원이 오프되어 있다라는 것을 표시한다면 APC 모듈(516) 피드백은 결빙(frozen)될 수 있다. APC 모듈(516)은 특정 프레임에 대한 타겟 값을 샘플들과 비교하고, 적절한 스케일링 이후에, DAC 출력을 위한 디지털 코드를 조정하여 이 디지털 코드가 광원 구동기에 공급되는 전류로 변환되도록 하는 디지털 적분기를 포함할 수 있다. APC 모듈(516)의 출력은 디지털-아날로그 컨버터(520)로 공급되고, 이 컨버터(520)의 출력은 광원 구동기(524)에 연결된다. 이해되는 바와 같이, 디지털-아날로그 컨버터는 디지털 신호를 아날로그 포맷으로 변환시킨다. 광원 구동기(524)는 광원을 구동하기에 적절한 전력 레벨로 이 신호를 증폭시킨다. 이 실시예에서, 광원 구동기(524)의 출력은 레이저 구동기로 출력되지만, 임의의 광원이 활용될 수 있다.
도 6은 전력 제어 루프의 잠재적인 구현예를 도시한다. 이것은 단지 잠재적인 예시적 구현예에 불과하며, 이에 따라, 뒤에 따라오는 청구범위는 이러한 특정한 실시예로 한정되지 않는다. 이 실시예에서, 광검출기 신호는 ADC(604)에 입력되는 반면에, 출력은 이득 설정 DAC(608)로부터 비롯된다. 본 발명분야의 당업자라면 APC 모듈(도 5에서의 구성요소 516)의 이러한 예시적인 구현예를 이해할 것이며, 이에 따라 이 구현예는 자세하게 설명하지 않는다.
도 7은 타겟 값이 아날로그 신호로 변환되고, 타겟 신호와 모니터 PD 신호의 비교가 아날로그 비교기와 아날로그 적분기를 통해 행해지는 아날로그 구현예를 도시한다. 이 예시적인 실시예에서, 모니터 광검출기로부터의 피드백 신호는 아날로그 프론트 엔드(704)로 공급된다. 전력 타겟 신호는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(708)로 입력되는 반면에 펄스 폭 신호와 적색_ON/녹색_ON/청색_ON 신호는 PWM 발생기(712)에 제공된다. AFE(704)의 출력은 차동 증폭기(716)로 공급되고, 이 증폭기(716)는 또한 DAC(708)로부터 타겟 전력의 아날로그 버전을 수신한다. 차동 증폭기(716)는 자신의 두 개의 입력들간의 차이를 포함하는 증폭된 신호를 출력한다. 차동 증폭기(716)의 출력은 홀드 기능을 갖춘 적분기에 공급된다. 이전 신호는 PWM 발생기(712)로부터 수신된다. 적분기(720)의 출력은 전압-전류 컨버터(724)에 연결된다. 결과적인 전류 신호는 프로그램가능한 전류 스케일러(728)에 출력되고, 이 스케일러(728)는 도시된 이득 설정 신호를 포함하는 제어 입력을 수신한다. 크기기 조정된 전류 스케일러(728)의 출력은 구동기(732)에 입력된다. 구동기(732)는 하나 이상의 광원들을 구동시키는데 적합한 전력 레벨을 갖는 신호를 생성하여 출력시킨다. PWM 발생기(712)는 또한 입력을 도시된 구동기(732)에 제공한다.
이 실시예에서, 바람직하게 아날로그 적분기는 프레임 마다의 정보를 유지할 수 있다(홀드 기능). 이 실시예에서, 홀드 시간은 0.1kHz(초당 100개 프레임 리프레쉬율) 정도일 수 있다. 본 발명분야의 당업자라면 이것은 적절한 구조적 선택과 주의깊은 설계에 의해 획득될 수 있다는 것을 알 수 있다. 프론트 엔드는 전류가 적절하게 스케일링될 수 있기 때문에 디지털 구현예와 유사하다. 일 실시예에서, 신호가 디지털 영역으로 변환되지 않는 경우에는 AAF는 반드시 필요한 것은 아니지만 신호 대역폭 및 입력과 관련된 노이즈를 감소시키기 위한 어느 정도의 필터링은 발생할 수 있다.
제안된 모든 구현예들에서는 세 개의 채널들 중 오직 하나(각 색상 당 하나)만이 도시되어 있다는 것을 유념해야 한다. 복잡한 시스템은 신호 체인내의 모든 블록들 또는 그 일부를 멀티플렉싱하기 위해 세 개의 병렬적인 채널들 또는 시스템들을 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 모든 희망 전력 레벨을 위해, 펄스_폭, 타겟_전력, 및 이득_설정이 도 8에서 도시된 것과 연계될 수 있다. 도 8은 예시적인 전력 레벨 맵핑의 테이블을 나타낸다. 이러한 파라미터들은 투사기의 제조 단계 동안에 단 하나의 온도에서 한번 교정될 수 있으며, 투사기 부분은 광원의 노후화 및 온도에 따른 변형에 대해 자동적으로 교정될 것이다.
양쪽 구현예들에서, 광원 구동기는 PWM 제어기에 의해 제공된 정보에 기초하여 광원으로 전달되는 전류를 0으로 신속하게(일부 실시예들에서는 수십 나노초) 감소시키도록 구성된다. 고속의 응답 시간은 샤프한 이미지 생성 및 정확한 밝기, 특히 시간 조정된 광 출력을 불러일으킨다.
도 7로 다시 돌아가서, PWM 제어기는 각 광원들에 대한 ON 신호의 펄스 폭이 카운터에 의해 규정된 클럭 싸이클들의 양만큼 감소될 수 있도록 프로그램가능한 카운터와 고속 클럭(예컨대, 10MHz)을 이용하여 구현될 수 있다. 100MHz의 리프레쉬율, 프레임 지속기간은 10ms이고, 10MHz 클럭(100ns 기간)을 갖는 것을 가정하면, 해상도는 10ppm(part per million)일 것이다. PWM의 변조를 방지하고 이에 따라 광 출력의 변조를 방지하기 위해, 클럭은 바람직하게 온도 공급 및 파트에 대해 안정적일 수 있다는 것이 명백해진다. 저가이면서 매우 안정적인 MHz 범위의 다양한 클럭 소스들은 손쉽게 입수가능하며(예컨대, 19.44MHz 수정 오실레이터), 이것들은 본 시스템내에 이미 존재할 가능성이 매우 높다.
이와 같은 실시예 또는 환경은 단일 펄스를 갖춘 변조 대신에, 다수의 펄스 변조 기술들이 장점을 제공하는 예시이다. 만약 불안정한 클럭을 이용하여 다수의 펄스들이 생성된다면, 전력이 온되고 전력이 오프될 때의 클럭 싸이클들 간의 비율은 일정하게 되므로 클럭의 변동에도 불구하고 듀티 싸이클은 정확할 것이기 때문에 광학 전력 출력은 정확해질 것이므로 장점은 실현될 것이다. 이것은 한 주기내의 풀 싸이클의 개수는 충분히 높아서 만약 가장 나중의 싸이클이 프레임의 종료에 의해 절단된다면 이것은 평균 듀티 싸이클에 심각한 영향을 미치지 않을 것이고 이에 따라 전력에 심각한 영향을 미치지 않을 것이라는 점을 가정한 것이다.
PWM 발생기에 대한 다른 구현예들은 다중 스테이지 지연 고정 루프를 이용할 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 루프는 광원을 위한 주기적인 온 신호에 고정될 수 있으며, 펄스 폭 변조는 광원 구동기에 실제적으로 전달된 온 신호로서 다중 스테이지 DLL의 서로 다른 탭들을 선택함으로써 달성될 수 있다.
또한, 적색_ON, 녹색_ON, 청색_ON 신호가 외부적으로 PWM 신호에 대해서 이용될 수 있다는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 1/3 온 시간을 갖는 보통의 적색_ON, 녹색_ON, 청색_ON 신호가 시스템에 제공되고, 그 후 제어기는 PWM 발생기 블록을 통해 광원이 온 상태가 되도록 하는 시간적 양을 프로그래밍한다. 이로써, 시스템은 프레임에 대한 색삭 광 강도(전력)에 따라 펄스 폭들을 내부적으로 생성할 것이다. 또는, PWM을 제어하는데 외부 비디오 데이터가 이용될 수 있도록 하기 위해 시스템에 제공되는 적색_ON, 녹색_ON, 청색_ON 신호들은 길이가 달라질 수 있다. 따라서, PWM은 타겟 전력 레벨을 인에이블시키기 위해 적색_ON, 녹색_ON, 청색_ON 신호들로 구현될 수 있다. PWM은 도시된 블록들로 수행될 수 있거나 또는 시스템에 제공되는 적색_ON, 녹색_ON, 청색_ON 신호들은 지속기간이 달라질 수 있다.
또한, LCD 매트릭스 또는 기타의 픽셀 마스크는 이미지내의 전체 개수의 픽셀들의 서브세트인 매트릭스 블록을 포함할 수 있는 것을 생각할 수 있다. LCD 매트릭스, 또는 기타의 광 강도 제어 필터는, 임의의 형상 또는 어레이를 포함할 수 있으며, 이로써, 시간이 지남에 따라 그리고 스캐닝 미러의 이용을 통해, 이 LCD 매트릭스를 통과하는 광은 이미지를 형성한다. 도 9는 이와 같은 실시예를 도시한다. 도 9의 시스템과 방법은 도 1의 시스템과 유사하다. 때문에, 도 1의 시스템과 다른 도 9의 양태들만을 설명한다.
도 1과 대비되어, 도 9의 LCD 매트릭스(900)는 이미지(116)내의 전체 개수의 픽셀들의 서브세트를 포함한다. 이 예시적인 실시예에서, LCD 매트릭스(900)는 이미지의 행에 대응하도록 구성된다. LCD 매트릭스 픽셀들의 개수는 임의의 갯수일 수 있지만, 본 실시예에서는 수평 행에서의 픽셀들의 개수와 동일한 갯수이다. 다른 실시예들에서, LCD 매트릭스(900)는 수직 행, 행 또는 열의 일부분, 블록, 또는 임의의 기타의 형상 또는 설계와 같은 임의의 형상을 포함할 수 있다. LCD 매트릭스와 다른 광 필터들이 이용하도록 채용될 수 있다는 것을 또한 생각할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제어기(130)는 LCD 매트릭스(900)내의 어느 픽셀들이 투명하고, 불투명하는지 및 어느 것이 가변적인 투명성 레벨들을 갖는지를 제어한다. 도 9b는 N-픽셀 LCD 매트릭스의 예시적인 실시예를 나타내며, 여기서, N은 행에 있는 픽셀들의 개수이다.
제어기(130)로부터의 출력에 의해 또한 위치 제어되는 스캐닝 미러(904)는 LCD 매트릭스(900)와 정렬된다. 스캐닝 미러(904)는 LCD 매트릭스(900)로부터의 광 출력을 스크린(116)쪽으로 반사시키고 스크린(116)에 걸쳐 광 출력을 스캐닝하도록 제어된다. 스캐닝 미러(904)는 제어 타이밍에 기초하여, LCD 매트릭스(900)로부터의 광 출력을 스크린(116)에 선택적으로 스캐닝하도록 제어될 수 있는 임의의 유형의 스캐닝 반사기를 포함할 수 있다.
동작시, 광원들(108)은 LCD 매트릭스(900)상에 포커싱되는 광 출력을 생성한다. 일 실시예에서, 세 개의 광원들 각각은 LCD 매트릭스가 이미지의 하나의 장소에서 스캐닝되는 시간의 1/3동안 온된다. 전력 소모를 감소시키기 위해, 광원들은 최대 강도 미만의 레벨로 전력구동될 수 있거나 또는 보통의 1/3 프레임 지속기간의 한정된 기간 동안에만 온될 수 있다. 예를 들어, 광원은 LCD 매트릭스(900)에 비추고, LCD 매트릭스는 선택적으로, 픽셀 마다, 하지만 한번에 전체 행에 대해, 광을 필터링하여 스캐닝 미러(904)와 결과적으로 스크린(116)을 통과하는 광의 강도를 감소시킨다.
상술한 바와 같이, 생성될 이미지의 특정 픽셀 라인에 대해, 해당 라인내의 픽셀들은 (종합적으로 또는 색상에 기초하여) 최고강도를 갖는 픽셀을 결정하도록 평가된다. 그런 다음 LCD 매트릭스(904)는 LCD 매트릭스내의 대응 픽셀이 투명해지도록 설정하고, 생성된 모든 광들이 스캐닝 미러(904)에 통과되도록 제어된다. 투명한 행에 있는 하나 이상의 픽셀들에 대해 광원이 이러한 픽셀들의 희망 밝기를 갖는 이미지를 생성하는 강도로 설정되도록 행에서의 광 강도가 또한 이 최대 레벨로 설정된다. (만약 존재하는 경우) 검은색이 될 스크린상의 픽셀들은 완전히 불투명한 대응하는 LCD 매트릭스 픽셀을 가질 것이며, 이로써 어떠한 광도 LCD 매트릭스를 통과하지 못하도록 한다. LCD 매트릭스(900)내의 다른 픽셀들의 경우, LCD 매트릭스를 통과해 스캐닝 미러(904)에 도달하는 광 강도를 조정하도록, 하나 이상의 가장 밝은 픽셀들에 대한 광 강도에 기초하여, LCD 매트릭스내의 픽셀들의 투명도 레벨은 조정된다. 보다 어두워지는 스크린 픽셀들의 경우, LCD 매트릭스내의 대응 픽셀은 덜 투명해지도록 만들어지며 이로써 대응하는 스크린 픽셀을 어둡게한다. 마찬가지로, 보다 밝아지는 스크린 픽셀들의 경우, LCD 매트릭스내의 대응 픽셀은 보다 투명해지도록 만들어지며 이로써 대응하는 스크린 픽셀을 밝게한다. 이미지를 위해, 프레임 동안에 다양한 색상이 결합되어 칼라 이미지를 형성하도록 매트릭스 스크린은 매트릭스에 비춰지는 광의 색상에 대응하도록 제어될 수도 있다는 것을 또한 생각할 수 있다. 본 명세서에서 개시된 발명은 흑백 또는 그레이 스케일 투사 시스템에서 이용될 수도 있다.
LCD 매트릭스가 이미지내의 픽셀들의 행에 대응하고 행마다 스캐닝 미러(904)를 통해 스캐닝되는 실시예에서, 타이밍은 다음과 같다. 세 개의 광원들을 갖는 시스템의 경우, 각각의 광원은 행 스캐닝 기간의 1/3 동안 온 상태에 있을 것이다. 프레임 동안, 스캐닝 미러는 전체 이미지를 스캐닝할 것이다. 따라서, 각각의 행에 대해, 광원들(108)의 그룹으로부터의 개별적인 광원은 이미지내의 행들의 개수로 1/3을 나눈 것과 같은 기간 동안에 온 상태에 있을 것이다. 이와 달리, 다음 색상으로 이동하기 전에, 스캐닝 미러가 이미지의 각 행을 스캐닝하면서 해당 특정한 칼라에 대한 이미지를 구축하는 동안에, 광원들 각각은 프레임의 1/3의 지속기간 동안 온 상태에 있을 수 있다. 레이저가 프레임의 1/3의 지속기간 동안에 온될지라도, 레이저 광의 강도는 각각의 행마다다를 수 있다는 것을 생각할 수 있다. 레이저 전력 제어는 진폭 변조, PWM 또는 이들 방법의 임의의 조합에 의해 달성될 수 있다.
광이 LCD 매트릭스(900)를 통과하여 선택적으로 약화된 후에는, 그런 경우라 할지라도, 광은 픽셀 마다, 한번에 하나의 행에 대해서, 스캐닝 미러(904)에 조사된다. 스캐닝 미러(904) 및 LCD 매트릭스(900)는 행 마다, 광원과 동기화하여, LCD 매트릭스로부터의 광을 스크린(116)에 걸쳐서 스캐닝하여 이미지를 생성한다. 동기화 및 적절한 스캐닝을 달성하기 위해, 제어기(130)는 제어 신호 또는 커맨드 신호를 스캐닝 미러(904) 또는 미러 제어기(이것은 본 설명을 위해 스캐닝 미러의 일부인 것으로 간주한다) 및 광원에 제공한다. 스크린(116)상에서 이미지를 생성하기 위해 스캐닝은 LCD 매트릭스 블록 단위로 LCD 매트릭스 블록(900)상에서 일어난다. 이미지 데이터의 하나의 프레임 동안에, 스캐닝 미러(904)는 LCD 매트릭스(900)로부터의 출력을 스크린(116)에 걸쳐 스캐닝하여 이미지를 생성한다.
본 실시예의 장점으로서, LCD 매트릭스(900)(또는 LCD 이외의 다른 기술)는 보다 작게 제조되어 크기, 비용을 감소시킬 수 있거나, 또는 투사 시스템에 대한 추가적인 장점을 제공해줄 수 있다. 또한, 전력 절감이 본 실시예를 이용하여 실현될 수 있다. 광원들에 의핸 출력 강도(이것은 진폭 변조, 펄스 폭 변조, 또는 이 모두에 의해 다를 수 있다)가 스크린 이미지를 구성하는 전체 픽셀 매트릭스의 서브세트인, LCD 매트릭스(900)내에서 가장 밝은 픽셀에 의해 설정되기 때문에 전력 절감이 발생한다. 따라서, 밝은 하반부와 어두운 상반부를 갖는 스크린 이미지의 경우, 상반부(어두운 상반부)를 통해 스캐닝할 때에, 광원(108)에 의해 생성된 광 강도는 로우(또는 오프)로 설정될 수 있다. 그런 다음, 스크린의 하반부(밝은 하반부)를 스캐닝할 때에, 광원(108)의 광 강도는 증가된다. 스크린 이미지의 상반부를 스캐닝할 때에, 광 강도 및 대응하는 전력 소모의 감소로 인해 전력 절감이 실현된다. 따라서, 이 예시적인 이미지의 경우, 광원은 프레임의 절반 동안에 오프 상태에 있을 수 있고, 이에 따라 전류를 소모시키지 않는다. 이와 대비되어, 만약 LCD 매트릭스(900)가 이미지 매트릭스와 동일한 크기였다면, 광원들(108)은 전체 프레임 동안에 높은 강도를 출력할 것이며, LCD 매트릭스(900)는 LCD 매트릭스의 상반부내의 픽셀들을 불투명하게 만들 것이다. 이와 동일한 전력 절감 장점들은 풀 프레임/이미지 LCD 매트릭스를 갖춘 경우에서도 달성될 수 있다는 것을 또한 유념해야 한다. 풀 프레임 LCD는 항상 소형 패널 LCD로서 이용될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 만약 이미지가 두 조각으로 나눠지는 경우, 풀 이미지 LCD는 두 배 더 빨라야할 것이다. 분명하게도 본 실시예는 임의의 영역 장점을 제공하지 않지만, 광원 관점으로부터의 전력 장점은 이용되는 서브 이미지(이 예시에서는 1/2 이미지)와 동일한 크기의 매트릭스 LCD와 동일할 것이다. 다른 실시예들에서 LCD는 임의의 개수의 조각들로 분할될 수 있다는 것을 또한 생각할 수 있다.
본 명세서에서 개시된 실시예들은 전류 기술을 이용하여 달성가능한 제어 루프 타이밍을 이용하여 구현될 수 있다는 것을 또한 생각할 수 있다. 일 실시예에서, 스캔 라인의 지속기간은 5마이크로초이며, 현존하는 광원 구동기는 이 응답속도가 가능하다. 광원 제어의 유형에 상관없이, 펄스 폭/듀티 싸이클 변조, 진폭 변조, 또는 이 모두들의 조합, 또는 제어 및 제어율과 같은 어떠한 다른 유형의 광원 강도 제어가 달성가능하다.
도면들과 본 상세한 설명을 살펴보면 본 발명의 다른 시스템들, 방법들, 특징들, 및 장점들이 본 발명분야의 당업자에게 자명할 것이거나 또는 자명해질 것이다. 이와 같은 모든 추가적인 시스템들, 방법들, 특징들, 및 장점들은 본 설명내에 포함되며, 본 발명의 범위내에 속하며, 첨부된 청구범위들에 의해 보호되는 것으로 한다. 본 발명의 다양한 실시예를 설명하였지만, 수 많은 여러 실시예들 및 구현예들이 본 발명의 범위내에서 가능하다는 것이 본 발명분야의 당업자에게는 자명할 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명된 다양한 특징들, 엘리먼트들, 및 실시예들은 임의의 조합 또는 배열로 청구되거나 결합될 수 있다.
134: 구동기(들), 130: 제어기
112: 이미지, 170: 렌즈/빔 쉐이핑
178: 이미지, 150: 비디오 프로세서
166: RGB 광검출기 또는 광다이오드, 162: 미러
154: 광원 구동기, 158: 광원
704: 아날로그 프론트 엔드(TIA/VGA/필터), 716: 차동 증폭기
720: 홀드 기능이 있는 적분기, 712: PWM 발생기
724: V/I 컨버터,
728: 프로그램가능 전류 스케일러, 732: 구동기

Claims (22)

  1. 다수의 이미지 픽셀들을 포함하는 투사 이미지를 생성하는 방법에 있어서, 각각의 색상에 대해,
    픽셀 매트릭스 제어 데이터와 광원 제어 데이터를 생성하기 위해 이미지 데이터를 수신하고 처리하는 단계;
    프레임 마다 상기 광원의 출력 강도를 선택적으로 제어하기 위해 상기 광원 제어 데이터를 하나 이상의 광원들에게 제공하는 단계;
    프레임마다 상기 하나 이상의 픽셀 매트릭스의 픽셀들의 불투명도를 선택적으로 제어하기 위해 상기 픽셀 매트릭스 제어 데이터를 하나 이상의 픽셀 매트릭스들에게 제공하는 단계;
    를 포함하며,
    특정한 프레임에 대해, 상기 하나 이상의 광원들 중의 하나의 광원의 출력 강도는 진폭 변조 또는 펄스 폭 변조 또는 이 모두에 의해 가장 높은 색상 강도를 갖는 이미지 픽셀에 대한 희망하는 색상 강도를 산출시킬 레벨로 설정되며, 상기 픽셀 매트릭스내의 대응하는 픽셀은 통과하는 광 강도를 감소시키지 않도록 설정되는 것인, 투사 이미지 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 매트릭스는 픽셀 마다 상기 광을 필터링하는 LCD/LCoS/DLP 스크린 또는 기타의 수단을 포함하는 것인, 투사 이미지 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 매트릭스는 상기 이미지를 구성하는 것보다 적은 수의 픽셀들을 포함하는 것인, 투사 이미지 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이미지 데이터를 수신하고 처리하는 단계는 제어기에 의해 수행되는 것인, 투사 이미지 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 매트릭스내의 적어도 하나의 픽셀은 투명해지도록 제어되는 것인, 투사 이미지 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 이미지를 생성하기 위해 상기 하나 이상의 광원들로부터 광 에너지를 출력하는 단계를 더 포함하는, 투사 이미지 생성 방법.
  7. 이미지 프레임을 생성하기 위해 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    투사될 이미지를 표현하는 이미지 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 이미지 프레임내에서, 하나 이상의 픽셀들이 상기 이미지 프레임에 대한 가장 높은 광 강도를 갖는 것인, 상기 수신 단계;
    상기 이미지 프레임에 대해, 상기 이미지 프레임내에서 어느 하나 이상의 픽셀들이 가장 높은 광 강도를 갖는지를 결정하기 위해 상기 이미지 데이터를 처리하는 단계;
    상기 픽셀 스크린내의 상기 하나 이상의 픽셀들에 대한 투명도 레벨을 설정하기 위해 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 생성하는 단계로서, 가장 큰 광 강도를 갖는 하나 이상의 픽셀들은 투명하도록 설정되는 것인, 상기 생성 단계;
    상기 이미지 프레임에 대한 가장 높은 광 강도를 생성하기 위해 필요한 광학 전력 레벨을 결정하는 단계;
    상기 가장 높은 광 강도를 생성하기 위해 필요한 상기 광학 전력 레벨에 기초하여 하나 이상의 광원 제어 신호들을 생성하는 단계;
    상기 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 상기 픽셀 스크린에 출력시키는 단계; 및
    상기 하나 이상의 광원 제어 신호들을 상기 하나 이상의 광원들에 출력시키는 단계;
    를 포함하는 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원들은 하나 이상의 레이저들을 포함하는 것인, 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하기 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 픽셀 스크린들은 대체적으로 투명한 상태와 대체적으로 불투명한 상태 사이에서 제어될 수 있는 개별적으로 제어가능한 픽셀 영역들을 갖는 하나 이상의 LCD 스크린들을 포함하는 것인, 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하기 위한 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들은 상기 가장 높은 광 강도보다 작은 광 강도를 갖는 상기 이미지 프레임내의 픽셀들에 대응하는 상기 픽셀 스크린내의 픽셀들을 적절한 양의 광을 통과시키기 위한 대응하는 반투명도 레벨로 제어하는 것인, 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하기 위한 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원들은 상기 이미지 프레임에 대한 최대 광 강도에 대응하는 강도를 갖는 광을 출력시키는 것인, 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하기 위한 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원 제어 신호들은 상기 하나 이상의 광원들에 의해 생성된 광의 강도를 제어하는 것인, 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 픽셀 스크린들을 제어하기 위한 방법.
  13. 투사 시스템에 있어서,
    하나 이상의 광원 제어 신호들에 의해 결정된 강도로 광 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광원들;
    하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들에 기초하여 다양한 투명도 레벨들로 제어가능한 하나 이상의 픽셀 영역들을 갖는 하나 이상의 픽셀 스크린들; 및
    제어기
    를 포함하며, 상기 제어기는,
    이미지 데이터를 수신하도록 구성된 하나 이상의 입력부들;
    상기 이미지 데이터를 처리하여 상기 하나 이상의 광원 제어 신호들 및 상기 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 생성하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 하나 이상의 광원 제어 신호들을 상기 하나 이상의 광원들에게 출력하고, 상기 하나 이상의 픽셀 스크린 제어 신호들을 상기 하나 이상의 픽셀 스크린들에게 출력하도록 구성된 하나 이상의 출력부들
    을 구비하며, 프레임 마다, 상기 광 출력은 특정한 프레임에 대한 최대 광 강도에 부합하는 강도 또는 지속기간을 가짐으로써 전력 소모를 감소시키는 것인, 투사 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원들은 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원을 포함하는 것인, 투사 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원들은 하나 이상의 레이저들을 포함하는 것인, 투사 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 광을 포커싱하여 이미지를 형성하도록 구성된 하나 이상의 미러들과 렌즈들을 더 포함하는 것인, 투사 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 프레임에 대해 최대 광 강도를 갖는 상기 이미지내의 픽셀들에 대응하는 상기 픽셀 스크린내의 픽셀들은 투명하게 설정되고, 이로써 상기 하나 이상의 광원들에 의해 생성된 모든 광들은 상기 픽셀 스크린내의 상기 대응 픽셀들을 통과할 수 있도록 허용되는 것인, 투사 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 상기 픽셀 스크린은 형성되는 이미지보다 적은 수의 픽셀들을 포함하는 것인, 투사 시스템.
  19. 두 개 이상의 픽셀들을 포함하는 이미지의 투사를 제어하기 위한 투사 시스템 제어기에 있어서,
    이미지 데이터를 수신하도록 구성된 입력부;
    하나 이상의 광원 제어 신호들을 출력하도록 구성된 광원 제어 신호 출력부;
    하나 이상의 픽셀 매트릭스 제어 신호들을 출력하도록 구성된 픽셀 패트릭스 제어 신호 출력부; 및
    상기 하나 이상의 광원들로부터 광 강도 출력, 광 출력 지속기간 또는 이 모두를 상기 이미지내의 가장 밝은 하나 이상의 픽셀들 중 임의의 픽셀에 대한 광 강도에 부합시킴으로써, 상기 이미지 데이터를 처리하여 상기 하나 이상의 픽셀 매트릭스 제어 신호들을 생성하여 상기 하나 이상의 광원 제어 신호들과 동기화하도록 구성된 프로세서
    를 구비한 제어기를 포함하는, 투사 시스템 제어기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어기는 머신 판독가능 코드를 실행시키도록 구성된 마이크로프로세서를 포함하는 것인, 투사 시스템 제어기.
  21. 제19항에 있어서, 상기 광원 제어 신호 출력을 수신하고 출력 신호를 생성하여 광원을 구동시키도록 구성된 구동기를 더 포함하는, 투사 시스템 제어기.
  22. 제19항에 있어서, 상기 픽셀 매트릭스 제어 신호는 LCD 스크린의 하나 이상의 픽셀들의 투명도 레벨을 투명과 불투명사이의 다양한 레벨들로 제어하는 것인, 투사 시스템 제어기.
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