(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のピクセルを有するパルス幅変調方式ディスプレイシステムの動作方法であって、前記複数のピクセルのそれぞれの明るさが一連のパルス幅セグメント内におけるパルスの作動状態に反応して制御され、前記一連のパルス幅セグメントは複数のパルス幅セグメントを含み、前記パルス幅セグメントの各々が様々な幅であって、最短のパルス幅の倍数の長さからなる幅を有する複数のパルスを含み、前記一連のパルス幅セグメントのうちのひとつのパルス幅セグメントにおけるパルスの各々の作動状態により、前記パルスに対応する期間中、対応するピクセルが照らされたままとなるか否かを決定し、前記一連のパルス幅セグメントによってピクセル輝度が提供され：
前記一連のパルス幅セグメント内にある特定のパルス幅セグメントが表現可能な最大ピクセル輝度レベルであるピクセル輝度境界以下の範囲内で前記ピクセル輝度が変化する場合、前記特定のパルス幅セグメントにおける少なくともひとつのパルスの作動状態を変更し；
前記ピクセル輝度境界を上回る第１のピクセル輝度が、前記ピクセル輝度境界を上回る第２のピクセル輝度に変更される少なくとも１つの場合に、ピクセル輝度の漸進的変化を実現するために、前記一連のパルス幅セグメントのうちのひとつのパルス幅セグメント内で作動状態となるパルスの全体幅と、同じ前記ひとつのパルス幅セグメント内で非作動状態となるパルスの全体幅との差が、零となるように、２つ以上のパルス幅セグメントのそれぞれにおいて少なくともひとつのパルスの作動状態を変更し；
前記パルス幅変調方式ディスプレイシステムは、三原色のそれぞれを順次投射することで色の付いた画像を表示し、
各々の色は、前記各々の色の他の色に対応する分離されたパルス幅セグメントによって交互配置される分離されたパルス幅セグメントを有する、
方法。
【請求項２】
前記特定のパルス幅セグメントにおける前記少なくともひとつのパルスを作動状態にして、ピクセル輝度の漸進的増大を実現することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記特定のパルス幅セグメントにおける前記少なくともひとつのパルスを非作動状態にして、ピクセル輝度の漸進的低減を実現することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記２つ以上のパルス幅セグメントにおける前記少なくともひとつのパルスを作動状態にして、ピクセル輝度の漸進的増大を実現することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記２つ以上のパルス幅セグメントにおける前記少なくともひとつのパルスを非作動状態にして、ピクセル輝度の漸進的低減を実現することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１９条（ｅ）の下、２００２年１２月４日に出願された米国仮出願第６０／４３０７５１号の優先権を主張し、その出願が教示することは本願に援用される。
【０００２】
本発明は動画への悪影響の発生を軽減するシーケンシャルパルス幅変調方式のディスプレイシステムの操作技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
現今、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として知られる一種の半導体素子を利用する投射型テレビが存在する。典型的なＤＭＤは長方形配列に配置される独立して可動する複数の微小ミラーを有する。それぞれの微小ミラーは限られた円弧の周りを、典型的には約１０°から１２°で旋回をする。対応する駆動セルがその内部でビットラッチを行い、微小ミラーを制御する。事前にラッチされた“１”のビット適用で、当該駆動セルはその対応する微小ミラーセルを第１位置に旋回させる。反対に、事前にラッチされた“０”のビットの駆動セルへの適用では、当該駆動セルはその対応する微小ミラーセルを第２位置に旋回させる。ＤＭＤを光源と映写レンズとの間に適切に位置付けることで、ＤＭＤ素子のそれぞれ独立した微小ミラーは、対応する駆動セルにより第１位置に旋回すると、光源からの光を反射し、反射した光はレンズを介しディスプレイスクリーン上へ向かい、ディスプレイの対応する画素（ピクセル）を照射する。第２位置に旋回すると、それぞれの微小ミラーは光をディスプレイスクリーンから逸らすよう反射させ、対応するピクセルが暗く見えるようにする。そのようなＤＭＤ素子の例として、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｄａｌｌａｓ  Ｔｅｘａｓから入手できるＤＬＰ（ＴＭ）のＤＭＤがある。
【０００４】
現今、説明したタイプのＤＭＤを組み込んだ投射型テレビシステムは、個別のピクセルの輝度（照度）を制御する。微小ミラーが“オフ”（すなわち第２位置に旋回）である間隔に対する、微小ミラーが“オン”（すなわち第１位置に旋回）である間隔で表される負荷サイクルを制御することによる。この目的のため、そのような現今のＤＭＤ型投射システムはパルス幅変調を利用しピクセル輝度を制御する。それぞれの微小ミラーの負荷サイクルをパルス幅セグメントのシーケンスにあるパルス状態に従って変更することによる。それぞれのパルス幅セグメントは、様々な継続時間を有する一連のパルスを有する。パルス幅セグメントにおけるそれぞれのパルスの作動状態（すなわちそれぞれのパルスがオン、オフのどちらであるか）は、微小ミラーがそのパルスの期間にオン、オフのどちらであるかを決定する。言い換えると、オンになった（作動された）パルス幅セグメントのパルス群の幅の合計が大きいほど、それぞれの微小ミラーの負荷サイクルは長くなる。
【０００５】
ＤＭＤを利用する投射型テレビでは、フレーム間隔すなわち次の画像を表示するまでの時間は、選択するテレビの標準規格による。現在米国で使用されるＮＴＳＣ標準規格は、１／６０秒のフレーム間隔を要求する一方で、一部欧州のテレビ標準規格は１／５０秒のフレーム間隔を採用する。現今のＤＭＤ投射型テレビシステムは典型的には、赤、緑及び青の画像を同時に、又は各フレーム間隔で順次投射してカラー表示を提供する。典型的なシーケンシャルＤＭＤ投射型システムは、ＤＭＤの光路の間に置かれるモーター駆動のカラーホイールを利用する。カラーホイールは、典型的には赤、緑及び青の別々の原色ウィンドウを複数有する。連続するインターバルで、赤、緑及び青の光をそれぞれＤＭＤ上に入射させるためである。
【特許文献１】米国仮出願第６０／４３０７５１号明細書
【非特許文献１】Ｒ．Ｊ．Ｇｒｏｖｅ  ｅｔ  ａｌ、“Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ”、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ＨＤＴＶ（Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
カラー画像を得るため、赤、緑及び青の光が連続するフレーム間隔のそれぞれに少なくとも一度、ＤＭＤ上に入射する。仮に一つの赤、一つの緑及び一つの青画像が形成され、それぞれがフレーム間隔の三分の一を消費すると、色間のその大きな時間間隔は知覚できる色割れを画面に出現させる。現今のＤＭＤシステムは、各色をいくつかの間隔に分割し、正しいテンポで当該間隔を交互配置することでこの問題の解決に当たり、色間の遅延を抑えている。各色間隔はパルス幅セグメントに対応し、他の色のパルス幅セグメントで交互配置されたそれぞれの色のパルス幅セグメントに対応する。あいにく、各色を複数のパルス幅セグメントに分割することは多くの場合、一時的な強度の光再分配効果による動画への悪影響を出現させる。パルス幅セグメント内のパルスの符号化に採用されるコード体系により、漸進的な輝度の増大は多くの場合、少なくともひとつのパルス幅セグメントで１又は２以上のパルスを作動状態にすることを要求する一方で、同一又は異なるパルス幅セグメントで１又は２以上のパルスを非作動状態とすることを要求する。漸進的なピクセル輝度の増大を実現するため１又は２以上のパルスを他のパルス幅セグメントで非作動状態となるようにしながら、あるパルス幅セグメントでは１又は２以上のパルスを作動状態となるようにすることは複雑化に歯止めを掛けるが、多くの場合、特に低いピクセル輝度レベルでの画像障害を引き起こす。
【０００７】
従って、パルス幅変調方式のディスプレイシステムにおける、一時的な強度の光再分配効果に起因する動画への悪影響を低減する技術が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
つまり、本発明の原理に従って複数のピクセルを有するパルス幅変調方式のディスプレイシステムの操作技術が提供され、各ピクセルの輝度は、パルス幅セグメントのシーケンス内にあるパルス群に反応するよう制御される。パルス幅セグメント内の各個別のパルスの状態は、対応するピクセルが当該パルスに関連するインターバルの間、照射状態になるか否を決定する。ピクセル輝度を第１ピクセル輝度境界と第２ピクセル輝度境界との間にある範囲内で変更する際には、第１パルス幅セグメントにある少なくともひとつのパルスの作動状態が変更される（オン又はオフされる。）。第２ピクセル輝度境界以上にあるピクセル輝度を変更する際には、少なくともひとつの別のパルス幅セグメント内の少なくともひとつのパルスの作動状態が変更される。輝度を漸進的に変化させる際、その別のパルス幅セグメント内で作動状態にされた（オンされた）パルスの合計幅が、その別のパルス幅セグメント内で非作動状態にされた（オフされた）パルスの合計幅にほぼ等しくなるように、その別のパルス幅セグメント内の少なくともひとつのパルスが変更されるようにするためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社が２００１年６月に刊行したアプリケーションレポート“Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐａｎｅｌ  ＤＬＰＴＭ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｐｔｉｃｓ”に開示されたタイプである、現今のパルス幅変調方式のシーケンシャルディスプレイシステム１０を表現する。システム１０は、放物面反射鏡１３の焦点に配置されるランプ１２を有する。放物面反射鏡１３がランプ１４からの光を反射し、反射光がカラーホイール１４を通りインテグレータロッド１５に至る。モーター１６が、赤、緑及び青に分離した原色ウィンドウのひとつを位置付けるため、ランプ１２とインテグレータロッド１５との間にあるカラーホイール１４を回転させる。図２に示す実施例では、カラーホイール１４は、それぞれ対角線上に赤、緑及び青色のウィンドウ１７１及び１７４、１７２及び１７５並びに１７３及び１７６を有する。従って、モーター１６が図２のカラーホイール１４を反時計回りに回転させると、赤、緑及び青の光が図１のインテグレータロッド１５に当たる。実際には、モーター１６は、１／６０秒のフレーム間隔中に、赤、緑及び青の光がインテグレータロッド１５にそれぞれ４回当たるようにカラーホイール１４を十分に速い速度で回転させ、当該フレーム間隔内に、４つの赤、４つの緑及び４つの青で交互配置される１２個のカラー画像を生成する。
【００１０】
図１を参照すると、ランプ１２からの光がカラーホイール１４の連続する赤、緑及び青のカラーウィンドウのひとつを通過すると、インテグレータロッド１５は当該光を一組の光学リレー１８の一点に集める。光学リレー１８は当該光を折り鏡２０に当たる複数の平行するビームになるように拡げる。折り鏡２０は当該ビームを反射し、反射ビームは一組のレンズ２２を介し内面全反射（ＴＩＲ）プリズム２３に至る。ＴＩＲプリズム２３は平行な光のビームを反射し、反射ビームは、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の製造によるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のようなＤＭＤ２４に至る。映写レンズ２６内及びスクリーン２８上への選択的な反射のためである。
【００１１】
ＤＭＤ２４は独立に配列内に配された複数の微小ミラー（図示せず。）を持つ半導体素子の形態を採用する。実施例において、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社により製造販売されるＤＭＤは１２８０列、７２０行の微小ミラー配列を有し、スクリーン２８上に投射される結果画像に９２１６００個のピクセルを生成する。他のＤＭＤでは異なる微小ミラー配列を有していてもよい。前述の通り、ＤＭＤのそれぞれの微小ミラーは制限円弧内で、対応する駆動セル（図示せず。）の制御の下、駆動セルに事前にラッチされたバイナリビットの状態に応じて旋回する。それぞれの微小ミラーは、駆動セルに適用するラッチビットが“１”であるか“０”であるかに応じて、第１及び第２位置のひとつまでそれぞれ回転する。第１位置まで回転する場合、それぞれの微小ミラーは光をレンズ２６及びスクリーン２８に反射し、対応するピクセルを照射する。一方、それぞれの微小ミラーがその第２位置まで旋回してそのまま留まる場合には、対応するピクセルは暗く見えるようになる。それぞれの微小ミラーが映写レンズ２６を介しスクリーン２８上に光を反射する合計時間（微小ミラーの負荷サイクル）はピクセル輝度を決定付ける。
【００１２】
ＤＭＤ２４の個別の駆動セルは駆動信号を、当該分野で良く知られ、研究論文“Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ”、Ｒ．Ｊ．Ｇｒｏｖｅ  ｅｔ  ａｌ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ＨＤＴＶ（Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９４）に記載された回路構成により実証されたタイプの駆動回路３０から受信する。駆動回路３０は、プロセッサ３１が駆動回路３０に適用するパルス幅セグメントのシーケンスに従って、ＤＭＤ２４の駆動セルに対し駆動信号を生成する。それぞれのパルス幅セグメントは、異なる時間分の一連のパルスを有し、それぞれのパルスの状態は、微小ミラーがそのパルス間隔中オン又はオフの状態に留まるか否かを決定する。パルス幅セグメント内で生成可能な最短のパルス（すなわち１パルス）（時に最小有効ビット又はＬＳＢとして参照される。）は、典型的に１５マイクロ秒の間隔を有し、一方、パルス幅セグメント内のより大きいパルスはそれぞれひとつのＬＳＢより大きなビット間隔を有する。実際には、パルス幅セグメント内のそれぞれのパルスは、デジタルビットストリーム内のビット（以下、“ピクセル制御”ビットとする。）に対応し、当該ビットの状態は対応するパルスがオン又はオフになるか否かを決定する。ビット“１”はオンになるパルスを表し、一方、ビット“０”はオフになるパルスを表す。所与の色に対する全パルス幅セグメント内の作動状態にあるパルスの総合計（間隔）が対応するピクセルの当該色の輝度を制御する。
【００１３】
駆動回路３１は、フレーム毎のすべてのピクセルに対し、色毎に分離した４つのパルス幅セグメントのそれぞれを生成する。従って、それぞれのフレーム間隔中、駆動回路３１は、４つの赤、４つの緑及び４つの青の１２のパルス幅セグメントのパルス群に対しピクセル制御ビットを生成する。ピクセル制御ビットのＤＭＤ２４への送信はカラーホイールの回転に同期する。所与の色に対応するそれぞれのパルス幅セグメントが、ＤＭＤ２４上での照度のためのそれぞれの色の出現に一致するようにするためである。ピクセル輝度を増大させるため、駆動回路３１は、より低い輝度レベルにおいて非作動状態であった１又は２以上のパルスが作動状態となるようにする。パルス幅セグメント内のパルスのコード体系に応じて、特定の輝度レベルで作動状態とされたパルスは、より高い輝度レベルで非作動状態となり得る。漸進的な輝度の増加を実現するために、他のパルス幅セグメントのパルスを作動状態にしながら、所与のパルス幅セグメント内のパルスを非作動状態にすることは、一時的な強度の光再分配効果による動画への悪影響を引き起こす結果となり得る。
【００１４】
本発明の原理に従って、駆動回路３１は、作動状態になる（オンになる）パルスと、非作動状態になる（オフになる）パルスとの間の緊密な連携を実現する。特に、駆動回路３１は、作動状態及び非作動状態になるパルスを協調させ、輝度の漸進的変化の際に、ひとつのパルス幅セグメント内で作動状態となるパルスの合計幅と、その同じひとつのパルス幅セグメント内で非作動状態となるパルスの合計幅とがほぼ等しくなるようにする。如何なる場合においても、その一連のパルス幅セグメント内で作動状態となる全パルスの幅の合計から、その一連のパルス幅セグメント内で非作動状態となる全パルスの幅の合計を差し引いたものが、輝度の変化に相当する。
【実施例】
【００１５】
そのような緊密な連携が作動状態になるパルスと非作動状態になるパルスとの間で発生する様子を最大限理解するために、本原理に従って所与の色の＃１から＃２５５（８ビット解像度）までの輝度レベルのそれぞれを達成するためのパルス幅セグメントのパルスマップを集合的に表す図３乃至１０を参照する。図示された実施例では、第１ピクセル輝度境界を構成する最も暗い非ゼロ輝度レベル＃１（レベル＃１）は、パルス幅セグメント３にある１−ＬＳＢパルスで開始する。ピクセル輝度が輝度レベル＃１を超えて増加する場合、バイナリコーディングを採用するときは、最初の６３輝度レベルまでの間は、作動状態のパルスはパルス幅セグメント３内に限定される。輝度レベル＃６３は第２ピクセル輝度境界を構成する。最初の６３個のピクセル輝度レベル内では、パルス幅セグメント３内で作動状態となるパルスの合計幅は、本原理に従って非作動状態となるパルスの合計幅とほぼ等しいものである。ピクセル輝度レベルがピクセル輝度レベル＃６４に達するまでは、他のパルス幅セグメント内のパルスが非作動状態に留まるためである。
【００１６】
本原理に従ったパルスの作動と非作動との間の連携が発生する様子は輝度レベル＃６３より高いピクセル輝度レベルでより明白となる。このピクセル輝度レベルより上のレベルでは、パルス幅セグメント１、２及び４にパルスを有する６つのパルスコンビネーションが存在する。ひとつの例は、図５に見られるようなピクセル輝度レベル＃７４から輝度レベル＃７５への漸進的な推移である。ピクセル輝度でのそのような漸進的増加を実現するには、パルス幅セグメント１、２及び４のそれぞれでひとつずつの３つの４−ＬＳＢパルスのコンビネーションが作動状態になる必要があり、これら３つのパルス幅セグメントの他のパルスは非作動状態になる。図５に見られるように、パルス幅セグメント１でひとつの２−ＬＳＢパルス及び２つの１−ＬＳＢパルスが非作動状態となり、パルス幅セグメント１で作動状態となった４−ＬＳＢパルスとの釣り合いを取っている。パルスの同一の作動及び非作動がパルス幅セグメント４でも発生している。パルス幅セグメント２では、ひとつの４−ＬＳＢパルスが作動状態となり、一方でひとつの１−ＬＳＢパルス及びひとつの２−ＬＳＢパルスが非作動状態となっている。この１−ＬＳＢ分の差は、これら２つのピクセル輝度レベル間の輝度増加を実現する。ひとつの輝度レベルを除き、同様の方策が他の漸進的な輝度の推移を実現する。ピクセル輝度レベル＃１５８からレベル＃１５９への推移では、図７に見られるように、作動状態となった３３ＬＳＢの合計パルスと非作動状態となった３１ＬＳＢの合計パルスを有するパルス幅セグメント２に加えて、パルス幅セグメント３のひとつの１−ＬＳＢパルスが非作動状態になっているが、同じパルス幅セグメント３内の他のいずれのパルスも作動状態となっていない。これは、図３乃至１０に示されるように、全体の作動状態及び非作動状態のパルスのパルス幅セグメント毎のウェイトの均一化を図るという原理に対する唯一の違反を構成する。この違反は軽微で、十分に高い輝度で発生するため目で見ることはできない。
【００１７】
前述の記載は、輝度の漸進的変更において、各パルス幅セグメント内で作動状態となるパルスの合計幅と非作動状態となるパルスの合計幅とを実質的に等しくすることにより、パルス幅変調方式のディスプレイシステムにおける動画への悪影響を低減させる技術を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】現今のパルス幅変調方式のディスプレイシステムを表すブロック概念図である。
【図２】図１のディスプレイシステムの一部を構成するカラーホイールを表す正面図である。
【図３】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図４】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図５】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図６】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図７】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図８】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図９】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図１０】パルス幅セグメントの複数のシーケンスのそれぞれを表すパルスマップを集合的に説明する図である。当該シーケンスのそれぞれは、本発明の原理に従って、図１のディスプレイシステム内の個々のピクセルに対応する色の輝度を制御し、動画への悪影響を低減させる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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