(57)【要約】【課題】  ＳＬＭによりシーケンシャルカラー表示を行う際に表示が暗くなるのを防止する。【解決手段】  画素のアレイを有する空間光変調器（４、４０）と、光の第１、第２および第３の色帯域のうちの１つを逐次選択するカラーシーケンサ（９）とを備えるライトバルブ（２、３９、４６）を、基準電力消費レベルを有する光源を使用して照明する。光源（１０）に対して電力を供給するステップと（８４）、各色の照明の初期部分に、光源（１０）に供給される電力をオーバードライブレベル（１０７ａ〜１０７ｃ、１０７ａ’〜１０７ｃ’、１１９ａ〜１１９ｃ、１１９ａ’〜１１９ｃ’）まで増大させるステップと（８６）、初期部分に続いて光源（１０）に供給される電力を低減するステップ（８８）とを有する。各色帯域期間の照明期間の初期部分の間に光源（１０）の強度を増大させ、色帯域期間を通して実質的に一様の光出力が維持される。【選択図】        図１
2006058900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入力と、光出力と、画素のアレイを有する空間光変調器と、光の第１、第２および第３の色帯域のうちの１つを逐次選択するカラーシーケンサとを備えるライトバルブを、ある基準電力消費レベルを有する光源を使用して照明する方法であって、
光を生成し前記光入力を介して前記空間光変調器を照明するように前記光源に対して電力を供給するステップと、
各色帯域期間の照明期間の初期部分の間に、前記光源に供給される前記電力を、基準電力消費レベルを超えるオーバードライブレベルまで増大させるステップと、
前記照明期間における各色帯域期間の前記初期部分に続いて前記光源に供給される前記電力を低減するステップであって、それにより、各色帯域期間の前記照明期間の前記初期部分の間に前記光源の前記強度を増大させ、前記色帯域期間を通して実質的に一様の光出力を維持する、低減するステップと
を含む照明方法。
【請求項２】
各色帯域期間の全照明期間より短い期間に前記光源に対する前記電力供給を維持するステップをさらに含む請求項１に記載の照明方法。
【請求項３】
ある期間前記電力供給を維持する前記ステップは、前記光出力が最短時間で前記基準出力レベルに達し、各色帯域期間の前記照明期間を通して一様の光出力を生成するように、ある期間前記電力供給を維持するステップをさらに含む、請求項２に記載の照明方法。
【請求項４】
前記光源に供給される前記電力を低減する前記ステップは、前記光源に対する前記電力供給を徐々に低減するステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の照明方法。
【請求項５】
前記光源に供給される前記電力を低減する前記ステップは、前記色帯域期間を通して実質的に一様の光出力を維持するように設定された関数に従って、前記供給される電力を、前記オーバードライブレベルから、前記基準電力消費レベルまで低減するステップを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の照明方法。
【請求項６】
前記光源に供給される前記電力を低減する前記ステップは、前記色帯域期間を通して実質的に一様の光出力を維持するように設定された関数に従って、前記供給される電力を、前記オーバードライブレベルから、前記基準電力消費レベルを超える高レベルまで低減するステップを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の照明方法。
【請求項７】
ある基準電力消費レベルを有する光源と、光入力と、光出力と、画素のアレイを有する空間光変調器と、光の第１、第２および第３の色帯域のうちの１つを逐次選択するカラーシーケンサとを備えるライトバルブと、
前記光源に電力を供給する電源であって、該光源に供給される該電力が、各色帯域期間の照明期間の初期部分の間に前記基準電力消費レベルを超えるオーバードライブレベルまで増大するように構成され、前記光源に供給される前記電力は、前記照明期間における各色帯域期間の前記初期部分に続いて低減することにより、各色帯域期間の前記照明期間の前記初期部分の間に前記光源の強度を増大させるとともに、前記色帯域期間を通して実質的に一様の光出力を維持するように構成される、電源と、
を具備する表示装置。
【請求項８】
前記光源に供給される前記電力が、前記照明期間における各色帯域期間の前記初期部分に続き前記オーバードライブレベルから徐々に低減するように構成される、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
光入力と、光出力と、画素のアレイを有する空間光変調器と、光の第１、第２および第３の色帯域のうちの１つを逐次選択するカラーシーケンサとを備えるライトバルブを、ある基準電力消費レベルを有する光源を使用して照明するシステムであって、
光を生成し前記光入力を介して前記空間光変調器を照明するように前記光源に対して電力を供給する手段と、
各色帯域期間の照明期間の初期部分の間に、前記光源に供給される前記電力を、基準電力消費レベルを超えるオーバードライブレベルまで増大させる手段と、
前記照明期間における各色帯域期間の前記初期部分に続き、前記光源に供給される前記電力を低減する手段であって、それにより、各色帯域期間の前記照明期間の前記初期部分の間に前記光源の前記強度を増大させ前記色帯域期間を通して実質的に一様の光出力を維持する、低減する手段と
を備える照明システム。
【請求項１０】
前記低減させる手段は、前記供給される電力を、前記基準電力消費レベルを超える高レベルまで低減させる手段を備える、請求項９に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はライトバルブ（light valve）を照明する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
性能が向上しより低コストであるさまざまなタイプのビデオ・グラフィックス表示装置が必要とされている。たとえば、ユーザが着用することができるようにヘルメットまたは眼鏡に統合されるのに十分に小さい小型ビデオ・グラフィックス表示装置が必要とされている。かかる着用可能な(wearable)表示装置は、コンピュータおよび他のデバイスの従来のディスプレイに取って代わるかまたはそれを補う。コンピュータモニタや従来のかつ高解像度テレビ受像機および大画面ディスプレイを含む多くの表示装置で使用される従来のブラウン管に代わるものも必要とされている。これらの必要はともに、光制御素子として空間光変調器を使用するライトバルブを組み込んだ表示装置によって満たすことができる。空間光変調器は、通常、液晶材料に基づくが可動ミラーのアレイに基づいてもよい。
【０００３】
液晶ベースの空間光変調器には、透過型または反射型で利用可能である。透過型空間光変調器は、２つの透明な電極の間に挟装された液晶材料の層から構成される。液晶材料は、強誘電性タイプであってもネマチックタイプであってもよい。通常、２つの電極は直交して区分化されることにより、画素の２次元アレイを形成する。
【０００４】
各画素電極と他の電極との間に印加される電界の方向により、透過型空間光変調器の対応する画素が、その画素に入る光の偏光の方向を回転させるか否かが確定する。透過型空間光変調器は、２分の１波長板として構成され、各画素に印加される電界の方向に応じて、偏光の方向を９０°回転させることにより、空間光変調器の画素を透過した偏光した光が、偏光アナライザを通過するかまたは偏光アナライザによって吸収されるようにする。
【０００５】
反射型液晶ベースの空間光変調器は、透過型液晶ベースの空間光変調器と構成が類似するが、反射型の画素電極を使用し、透明な基板を必要としないという利点がある。したがって、反射型空間光変調器を、入力ビデオ信号から画素電極に対する駆動信号を導出する駆動回路も収容するシリコン基板上に構築することができる。反射型ライトバルブには、その画素電極駆動回路が、画素によって変調された光を部分的に遮らないという利点がある。これにより、反射型ライトバルブは、同様のサイズの透過型ライトバルブより高い光スループットを有することができ、より大型かつより精巧な駆動回路を組み込むことができる。
【０００６】
透過型空間光変調器と同様に、電界（この場合、透明電極と反射する電極との間）の方向により、反射型空間光変調器の対応する画素が、画素に入る（かつ画素によって反射される）光の偏光の方向を９０°回転させるか否かが確定する。このように、反射型空間光変調器の画素によって反射される偏光は、各画素に印加される電界の方向に応じて、偏光アナライザを通過するかまたは偏光アナライザに吸収される。透過型と反射型との両方の空間光変調器の各画素の結果としての光学特性は、２値である。すなわち、各画素は、電界の方向に応じて、光を透過する（その１状態）かまたは光を吸収し（その０状態）、したがって明るく見えるかまたは暗く見える。
【０００７】
従来の表示装置に必要なグレースケールをもたらすために、各画素の見かけの輝度は、各画素を透過するか、または、各画素によって反射される光を時間的に変調することによって変更される。光は、空間光変調器の照明期間と呼ばれる基本的な期間を定義することによって変調される。画素電極は、画素をその１状態からその０状態に切り替える駆動信号によって駆動される。照明期間の持続時間に対する１状態の持続時間により、画素の見かけの輝度が確定される。
【０００８】
液晶ベースのライトバルブは、性質としてグレーレベル能力を有することが多い。グレーレベルは、通常、印加電圧に基づいて達成される。しかしながら、液晶ベースのライトバルブは通常、グレーレベルを達成するためにパルス幅変調を使用するには非常に低速である。マイクロミラータイプのライトバルブは、通常、２値で動作しグレーレベルを達成するための時間変調を行う。
【０００９】
強誘電性液晶ベースの空間光変調器には、画素がそれを透過するかまたはそれによって反射される光を変調するように駆動信号が画素電極に印加される度に、その後画素のＤＣバランスを復元しなければならないという不都合がある。これは、通常、持続時間が照明期間と等しいようなバランス期間と呼ばれる第２の基本的な期間を定義し、その照明期間中に駆動信号（正表現）の１状態および０状態持続時間に相補的である１状態および０状態の持続時間を有する相補駆動信号（反転表現）により画素電極を駆動することによって行われる。照明期間およびバランス期間は、まとめて表示期間を構成する。
【００１０】
相補駆動信号により、表示装置が実質的に一様のグレー画像を表示しないようにするために、ライトバルブを照明する光源が、直接またはシャッタを用いて変調され、それにより、図１に示すように、ライトバルブは照明期間中にのみ照明され、バランス期間中には照明されない。しかしながら、このように光源を変調することにより、ライトバルブの光のスループットが、ＤＣバランス復元が不要である場合に達成することができる光スループットの約半分にまで低減する。これは、強誘電性液晶ベースの空間光変調器に対し所与の表示輝度を達成するために、強度がおよそ２倍であり、対応してコストが増大する光源が必要であることを意味する。さらにまたは別法として、所与の輝度を達成するために、開口がより大きく、対応してコストも増大する投影光学系が必要である。
【００１１】
従来の表示装置に必要な色出力をもたらすために、単一の空間光変調器を使用する場合もあり、または複数の空間光変調器を使用する場合もある。単一空間光変調器から色出力をもたらすために、空間光変調器は、異なる色、通常は赤、青および緑の光で逐次照明される。この逐次照明を、各々が所望の照明色のうちの１つを有する複数の光源を用いて達成してもよく、または連続したカラーフィルタリングを行って「白色」光源を使用することによって達成してもよい。この説明のために、「白色」光源は、可視光スペクトルの広い部分にわたって光を放出する光源である。いずれの場合も、連続した色の各々は、３つの連続した単色画像をもたらすために空間光変調器によって個々に変調される。連続した単色画像が十分迅速に生成される場合、連続した単色画像を見ている人は、フルカラー画像から連続した単色画像を識別することができなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
色出力をもたらすために使用される単一の空間光変調器が強誘電性液晶ベースの空間光変調器である場合、上述したようにＤＣバランスを復元しなければならない。通常、ＤＣバランスは、図２に示すような連続した色付きの照明の各々の後に復元される。このように光源を変調することにより、ライトバルブの光スループットが、ＤＣバランス復元が不要である場合に達成することができる光スループットの約半分まで低減する。
【００１３】
複数の空間光変調器を使用して色出力をもたらすために、空間光変調器の各々は、異なる色の光により同時に照明される。これを、各々が所望の照明色のうちの１つを有する複数の光源を使用して達成してもよく、あるいはカラーセパレータを用いて「白色」光源を使用することにより達成してもよい。通常、３つの空間光変調器が使用され、１つは赤色光によって照明され、１つは青色光によって照明され、１つは緑色光によって照明される。空間光変調器の各々は、単色画像を形成するために空間光変調器を照明する色付きの光を変調し、空間光変調器の各々からの単色画像が結合されて、単一のフルカラー画像になる。
【００１４】
色出力をもたらすために使用される３つの空間光変調器が強誘電性液晶ベースの空間光変調器である場合、空間光変調器の各々のＤＣバランスを復元しなければならない。通常、ＤＣバランスは、図３に示すように、空間光変調器（spatial light modulator:Ｓ．Ｌ．Ｍ．）の各々に対して同時の照明期間後に同時に復元される。光源をこのように変調することにより、この場合もまた、ライトバルブの光スループットが、ＤＣバランス復元が不要である場合に達成することができる光スループットの約半分まで低減する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明においては、ある基準電力消費（nominal power dissipation）レベルを有する光源を使用してライトバルブを照明する方法が提供される。ライトバルブは、光入力と、光出力と、画素のアレイを有する空間光変調器と、光の第１、第２および第３の色帯域のうちの１つを逐次選択するカラーシーケンサとを有する。本方法では、光を生成し光入力を介して空間光変調器を照明するように、光源に対して電力を供給する。各色帯域期間の照明期間の初期部分の間に、光源に供給される電力を、基準電力消費レベルを超えるオーバードライブレベルまで増大させる。さらに、照明期間における各色帯域期間の初期部分に続き、光源に供給される電力を低減することにより、各色帯域期間の照明期間の初期部分の間に光源の強度を増大させ、色帯域期間を通して実質的に一様の光出力を維持する。
【００１６】
本発明の特徴は、図面を参照して以下の説明から当業者には明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
簡単にしかつ例示する目的で、本発明を、主に本発明の例示的な一実施形態を参照することによって説明する。以下の説明では、本発明が完全に理解されるために多数の特定の詳細を示す。しかしながら、当業者には、本発明をこれらの特定の詳細に限定することなく実施してもよいということが明らかとなろう。場合によっては、本発明を不要に不明瞭にしないように、既知の方法および構造については詳細に説明していない。
【００１８】
本発明は、光源の光出力が比較的迅速に基準光出力レベルに達するように、制御された方法で、光源をその基準電力消費レベルを超過した強度で動作させることが概して可能である、という思想に部分的に基づく。すなわち、光源の光出力が表示期間の開始時近くで基準光出力に達するような方法で、光源に対し、変調電力、電圧または電流を供給することは概して可能である。さまざまな例の実施を通して、従来の表示装置で見られる基準光出力レベルに達する際の遅延を、実質的に回避することができる。この点で、従来の表示装置に比較して、カラーバランシングをより正確に行うことができる。
【００１９】
後述するように、空間光変調器のすべてのタイプ、たとえば強誘電性液晶ベースの空間光変調器を有するライトバルブは、本明細書で説明するライトバルブを照明する方法を使用して、向上したスループットおよびカラーバランスから利益を得ることができる。
【００２０】
図４Ａは、後述するようにさまざまな実施形態による照明方法を実行してもよい、表示装置の一部を示す。表示装置は、後述するように、さまざまな実施形態による照明方法を実行してもよい、単一の透過型液晶ベースの空間光変調器４を有する透過型ライトバルブ２を組み込む。表示装置の他の主な構成要素は、偏光子６、アナライザ８およびカラーシーケンサ９である。ライトバルブは、「白色」光源１０からの光によって照明され、その効率を、光を偏光子６に集中させる反射体１２および集光器光学系１４を使用して向上させてもよい。ライトバルブによる光出力は、光を焦点合せして画像（図示せず）を形成する出力光学系１６に進む。ライトバルブ、光源（反射体および集光器光学系を含む）および出力光学系を、小型の着用可能なデバイス、ブラウン管代替品および投影ディスプレイを含むさまざまなタイプの表示装置に組み込んでもよい。
【００２１】
光源１０によって生成される光は、偏光子６を通過する。偏光子は、光源からの光出力を偏光する。そして、偏光された光は、カラーシーケンサ９に伝達される。カラーシーケンサにより、光の特定の色波長帯の部分のみが通過できるようにして、光の残りの波長をフィルタリングする。
【００２２】
図４Ｂは、図４Ａに示すカラーシーケンサの特定のタイプの正面図である。このタイプのカラーシーケンサ９は、ステッピングモータ２２によって駆動されピボット２０の周囲で回転可能なホイール１８である。ホイールは、光の特定の波長帯のみが通過できるようにし、残りの光を遮るようないくつかのフィルタ窓２４を有する。それぞれ光の青、緑および赤色の波長帯のみが通過できるようにする青、緑および赤色フィルタ窓を示す。ステッピングモータには、色順序コントローラ２６が接続される。コントローラ２６は、ステッピングモータに対し、ホイールをピボットの周囲で矢印２８に示す方向に回転させ、次の窓２４が空間光変調器４に位置合せされるとホイールを停止させ、所与の期間が経過した後に再び回転を開始するように命令する。このように、空間光変調器は、青波長帯、緑波長帯および赤波長帯の偏光された光で逐次照明される。
【００２３】
カラーシーケンサ９もまた一定速度で回転することが知られている。この点で、光は、回転するカラーシーケンサ９を逐次通過する。カラーシーケンサ９の一定速度での回転は、一般に、上述したステップ・停止動作より実施するのに費用がかからずかつ困難ではない。
【００２４】
空間光変調器４は、ライトバルブの空間解像度を画定するアレイ３０の画像素子（画素）の２次元アレイに分割される。空間光変調器１２の各画素における電界の方向により、画素によって反射される光の偏光の方向が、入射光の偏光の方向に対して９０°回転するか否かが確定される。図面を簡略化するために、アレイ３０の画素の数を実質的に低減して示す。たとえば、大画面コンピュータモニタで使用されるライトバルブでは、光変調器は、１６００×１２００画素の２次元アレイに分割することができる。
【００２５】
再び図４Ａを参照すると、空間光変調器のアレイ３０の各画素を透過する光は、その偏光の方向が空間光変調器によって回転したか否かに応じて、アナライザ８に進みライトバルブ２から出力される。ライトバルブ２から出力される光は、出力光学系１６に進み、画像（図示せず）を形成する。この画像は、カラーシーケンサ９が図４Ｂに示す位置にある場合、緑色画素から構成されることになる。ライトバルブ２によって出力される続く２つの画像は、それぞれ青色画素と赤色画素とから構成される。これらの画像が順々に十分迅速に発生する場合、見る人は、フルカラー画像であるように見えるものを見ることになる。
【００２６】
図５は、後述するように、さまざまな実施形態による照明方法を実行してもよい、表示装置の一部を示す。図５に示す表示装置は、後述するように、さまざまな実施形態による照明方法を実行してもよい、単一の反射型空間光変調器４０を有する反射型ライトバルブ３９を組み込む。以下の説明を通じて、上述した要素と同一の要素を同様の参照数字で示し、それ以上説明はしない、ということに留意されたい。反射型ライトバルブ３９は、本質的に透過型ライトバルブ２と同様に動作するが、カラーシーケンサ９を透過する光は、空間光変調器４０を透過するのではなく空間光変調器４０によって反射される。反射型空間光変調器４０は、ライトバルブ３９の空間解像度を規定する画像素子（画素）の２次元アレイに分割される限りは、上述した透過型空間光変調器４と類似する。さらに、反射型空間光変調器４０の各画素における電界の方向により、その画素における空間光変調器４０によって反射される光の偏光の方向が、入射光の偏光の方向に対して９０°回転するかしないかが確定される。
【００２７】
図５に示す構成では、反射型ライトバルブ３９は、垂線から入射角度φで反射型空間光変調器４０を照明する光源１０からの光とともに構成される。空間光変調器から反射される光はまた、入射光の方向と反対の方向で垂線から角度φで反射される。このように、空間光変調器を照明する光と空間光変調器から反射される光との間の角度は、２φに等しい。この角度により、空間光変調器４０から反射される光が遮られずにアナライザ８まで伝わることができ、小型の全体設計が可能になる。
【００２８】
図６は、後述するように、さまざまな実施形態による照明方法を実行してもよい、別の表示装置の一部を示す。図６に示す表示装置は、図５に示す表示装置のように、単一の反射型空間光変調器４０を有する反射型ライトバルブ３９を組み込む。この表示装置は、ビームスプリッタ４４を利用する限りは、上述したものとは異なる。ビームスプリッタは、光源１０からの光を、偏光子６によって偏光された後に反射型空間光変調器４０に向かって反射する。同時に、ビームスプリッタは、反射型空間光変調器から反射された光をアナライザ８に向かって透過させるように機能する。別法として、ビームスプリッタが、空間光変調器から反射される光をアナライザに向かって反射しながら、光源からの光を反射型空間光変調器に向かって透過させるように、構成要素を再構成してもよい（図示せず）。
【００２９】
説明した方法でビームスプリッタを使用することにより、空間光変調器４０が、空間光変調器に対して垂直な経路から照明され、その経路に沿って光を反射することができる、という利点が提供される。これにより、図５に示すように角度φから反射型空間光変調器を照明することからもたらされる可能性がある任意の歪みが無くなる。
【００３０】
図７〜図９は各々、後述するようにさまざまな実施形態による照明方法を実行してもよい表示装置の一部を示す。図７〜図９に示す表示装置は、３つの反射型液晶ベースの空間光変調器４０を有する３反射型ライトバルブ４６を組み込む。図示する３反射型ライトバルブの各々は、上述した表示装置と同様の方法で動作する。まず、ライトバルブ４６は、「白色」光源１０からの光で照明され、その効率を、光を偏光子６に向かって集中させる反射体１２および集光体光学系１４を使用して向上させてもよい。そして、偏光された光は、ビームスプリッタ４４によりカラーセパレータに向かって反射される。
【００３１】
図７において、カラーセパレータは、一続きの３つのダイクロイックプレート４８、５０および５２であり、それらには各々反射型空間光変調器４０が関連付けられている。ダイクロイックプレートの各々は、そのダイクロイックプレートに特定の波長の帯域（色帯域）の光を反射し、光の残りの波長を通過させるように構成される。このため、「白色」光源１０によって生成される光からのカラースペクトルの特定の部分を、各ダイクロイックプレートによりその関連する反射型空間光変調器４０に向かって同時に反射することができる。これにより、上述した逐次照明が不要になり、アナライザ８を通過するカラー画素の知覚される輝度が改善される。
【００３２】
たとえば、ビームスプリッタ４４に最も近いダイクロイックプレート４８は、その関連する空間光変調器４０に向かって赤色光を反射してもよく、中央のダイクロイックプレート５０は、その関連する空間光変調器に向かって緑色光を反射し、ビームスプリッタから最も遠い遠隔のダイクロイックプレート５２は、その空間光変調器に向かって青色光を反射する。図示するように光源１０がＯＮである場合、ダイクロイックプレートによって反射される色付きの光は、３つの反射型空間光変調器４０の各々に進む。３つの反射型空間光変調器の各々は、反射型空間光変調器の動作の上記説明に一貫した方法で、その関連するダイクロイックプレートに戻すように色付きの光の画素を反射することができる。
【００３３】
空間光変調器４０の各々によって反射される画素処理された光は、完全に、関連するダイクロイックプレートによって最初に反射される色帯域の波長から構成される。このため、各空間光変調器４０によって反射される画素処理された光の大部分は、その関連するダイクロイックプレート４８、５０、５２により、再びビームスプリッタ４４に向かって反射される。ビームスプリッタは、この画素処理された光をアナライザ８に向かって透過させ、光が、その偏光の方向が空間光変調器によって回転したか否かに応じてライトバルブ４６から出力される。ライトバルブ４６から出力される光は、出力光学系１６に進み、画像（図示せず）を形成する。この画像は、アナライザを通過する３つの空間光変調器すべてからの赤、青および緑色画素の組合せから構成されるカラー画像である。
【００３４】
図８において、カラーセパレータは、ｘキューブまたは交差ダイクロイックキューブとしても知られる色分解キューブ５４である。図７に示す３つのダイクロイックプレートと同様に、色分解キューブは、光源１０によって生成される「白色」光から３つの別個の色帯域を分解し、色帯域の各々を特定の空間光変調器４０に向ける。色分解キューブ５４はまた、空間光変調器４０の各々から反射される光を再結合し、その結合した光をアナライザビームスプリッタ４４に向ける。色分解キューブを使用することにより、３つの別々のダイクロイックプレート４８、５０、５２を使用して達成することができるものより、３つの空間光変調器を利用するより小型の設計が可能になる。
【００３５】
図９において、カラーセパレータは、３プリズムカラーセパレータ５６（ＰｈｉｌｉｐｓキューブまたはＰｈｉｌｉｐｓプリズムとしても知られる）である。３プリズムカラーセパレータの設計および使用については、米国特許第５，６４４，４３２号において詳細に述べられている。上述したカラーセパレータと同様に、３プリズムカラーセパレータは、光源１０によって生成される「白色」光から３つの別個の色帯域を分解し、色帯域の各々を特定の空間光変調器４０に向ける。３プリズムカラーセパレータ５６はまた、空間光変調器４０の各々から反射される光を再結合し、結合した光をビームスプリッタ４４に向ける。３プリズムカラーセパレータは、通常、空間光変調器の各々からの反射光を再結合して単一カラー画像にするのをより確実に行うため、３つのダイクロイックプレート４８、５０、５２および色分解キューブ５４に対して有利である。
【００３６】
上述したライトバルブの各々において、３色（赤、青および緑）の画素処理された画像の各々の間で適当なバランスを維持することは、表示画像における色の正確な再現に対して重大である。多くの「白色」光源は本来アンバランスであり、それらが生成する光の特性は時間の経過により変化する可能性があるため、適当なカラーバランスを維持する作業は困難な問題となる可能性がある。たとえば、アークランプのタイプによっては、所与の「白色」光強度レベルにおいて赤色または青色光よりはるかに多くの緑色光を生成する。「白色」光源によって生成される緑色、青色および赤色光の相対レベルはまた、動作温度、動作電圧、光源の経年数、汚染等の項目を含む動作条件によって変化する可能性もある。
【００３７】
アンバランスな「白色」光源を補償するために使用されてきた１つの技法は、最高強度の色で照明される空間光変調器の変調を減衰させる、というものである。これにより、青色および赤色に対して緑色光の強度が高い単一空間光変調器システムにおいて、空間光変調器は、緑色光の変調を減衰させる。これを、画素の見かけの輝度を低減するために照明期間の持続時間に対し０状態の持続時間を延長するように、各画素を透過する／各画素によって反射される光を時間的に変調することによって行う。同様の技法を、３空間光変調器システムにおける緑色で照明される空間光変調器で使用することができる。
【００３８】
空間光変調器を減衰させることにより光出力における強度が高い色の光の強度を低減することには、ライトバルブのスループットが低減しライトバルブの色分解能が低減するという不都合がある。たとえば、「白色」光の緑色成分の強度が、赤色および青色成分の強度の２倍であり、空間光変調器が、通常、照明期間中に２５６のグレースケールレベルをもたらすことができる場合、緑色光を減衰させるために１２８のグレースケールレベルが使用される。これにより事実上、画像を表示するために使用することができるグレースケールレベルの数が１２８まで低減する。
【００３９】
この問題を緩和する１つの方法は、緑色成分または他の色成分に対する減衰器を追加する、というものである。しかしながら、減衰器を使用することにより、一般に、光出力が大幅に低減することになる。
【００４０】
上述したライトバルブの各々において、変調を実行するための電力、電圧または電流は、図１０Ａに示すようにトップハット型波形の形状である。図１１に、３つの空間光変調器（Ｓ．Ｌ．Ｍ．）を実施する構成に対する同様のタイプのトップハット型波形を示す。光源１０に電力が供給されると、図１０Ｂおよび図１１に示すように、光源の光出力は、駆動電圧または電流から遅延する。より詳細には、図１０Ｂおよび図１１に示すように、光出力は、光源に電力が供給されるとすぐには基準光出力６０に達しない。実際には、光出力は、曲線状部分６２に示すように、基準光出力６０に向かって徐々に増大する。場合によっては、光出力は、バランス期間に達する前に基準光出力６０に達しない。光出力のこの遅延により、一般に、光出力が表示期間中のある期間に所望の出力より比較的低いため、演色が不正確になる。光出力の遅延を補償する従来の試みは、比較的複雑であり、かつ一般に表示装置を設計し動作させることに関連するコストを増大させる、信号処理技法に依存する。
【００４１】
ライトバルブを照明する方法は、その最も基本的な形態では、単一空間光変調器を有する単純なライトバルブの照明を提供する。この方法の第１のステップは、ライトバルブを提供することである。ライトバルブは、図４Ａに示す透過型逐次色ライトバルブ２と同様であってもよく、あるいは、図５または図６に示す反射型逐次色ライトバルブ３９と同様であってもよい。別法として、ライトバルブは単色ライトバルブであってもよく、その場合、ライトバルブは、カラーシーケンサ９はないが逐次色ライトバルブ２、３９に類似する構造を有してもよい。提供されるライトバルブは、光入力１０３と、光出力１０５と、各画素が、光入力と光出力との間で画素を横切る光路１９に沿って移動する光を変調することができる、画素３０のアレイを有する透過型または反射型空間光変調器４、４０と、を有してもよい。図示する空間光変調器は、強誘電性液晶ベースの空間光変調器であるが、他のタイプの液晶ベースおよび非液晶ベースの空間光変調器を代りに使用してもよい。
【００４２】
そして、透過型または反射型空間光変調器４、４０を、光源１０によって生成される光により光入力１０３を介して照明する。光源は、可視光スペクトルの広い部分にわたって光を放出する「白色」光源であってもよい。「白色」光源は、白熱、蛍光およびアークタイプの光源を含む。光源は、比較的長期間にわたり破損なしに連続して動作することができる基準電力消費レベルを有していなければならない。光源はまた、「オフ」状態と基準電力消費レベルを上回る「明るい」状態との間の複数の強度レベルで照明することができてもよい。さらに、光源は、光源制御入力（通常、電圧レベルまたは電流レベル）の変調と光源によって生成される光の強度の対応する変調との間の比較的迅速な応答時間を有してもよい。
【００４３】
次に、空間光変調器に画像データ（図示せず）を提供する。画像データは、通常、デジタルまたはアナログビデオ信号から取り込まれ、空間光変調器を駆動するために使用される場合、通常、単色である（たとえば、白黒、すなわち「グレースケール」画像を提供する）かまたはフルカラー画像の色成分（通常、青、緑または赤）である。通常、新たな画像データは、約３０〜１５０回／秒の「フレームレート」で提供される。しかしながら、図４Ａ、図５および図６に示すもの等の色逐次ライトバルブでは、個々の色成分データが逐次提供される速度は３倍速いため、３０〜１５０フルカラー画像／秒のフルカラー「フレームレート」を維持しながら３つのカラー画像すべてを逐次示すことができる。
【００４４】
そして、空間光変調器４、４０の画素のアレイ３０を、画像データに基づいて設定する。光源１０からの光は、設定された光変調器アレイ３０を通して出力１０５に透過される。この光出力１０５を、さらに投影光学系１６を透過させることにより、幾分か離れて元の光学画像の忠実な光学的表現を形成する（図示せず）。
【００４５】
空間光変調器が、新たな画像データに対して再設定する前に画像データに基づいて設定される期間を、「表示期間」と呼ぶ。画素のアレイ３０を設定することは、ネマチック液晶に基づくもの等、「アナログ」変調方式を使用する何らかのタイプの空間光変調器における「静的」プロセスであってもよい。アナログ変調方式では、各画素は、光入力１０３からその画素によって受け取られた光の幾分かが光出力１０５に達するのを可能にする状態に設定される。これらのタイプの空間光変調器では、画素のアレイ３０は、新たな画像データが受け取られるまで新たな状態にリセットされない。
【００４６】
しかしながら、強誘電性液晶ベースの空間光変調器およびTEXAS INSTRUMENTSのＤｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＤＬＰ(登録商標)を含む他の空間光変調器は、「デジタル」変調方式を使用する。デジタル変調方式では、各画素を、光入力１０３から画素３０によって受け取られる光が光出力１０５に達する１状態か、または入力から画素によって受け取られる光が光出力に達しない０状態のいずれかに設定することができる。光入力から画素によって受け取られる光の幾分かが光出力に達することができるようにするために、各画素は、１状態と０状態との間で時間的に変調するように「動的に」設定される。
【００４７】
さらに、空間光変調器が強誘電性液晶ベースである場合、表示期間中に画素を設定するステップには、空間光変調器のＤＣバランスを復元することが含まれる。これは、通常、表示期間の半分（照明部分）において、画像データに基づいて画素を１状態と０状態との間で時間的に変調した後、表示期間の後の半分（バランス部分）において、１状態の０状態に対する割合を反転させることによって行われる。結果として、照明期間中に光出力１０５において受け取られる光源１０からの光に、画像データの正表現が形成され、バランス部分の間に、画像データの反転表現が形成される。これにより、光源１０からの照明が変調されなかった場合、光出力に一様にグレー画像がもたらされる。
【００４８】
図１２を参照すると、光源１０の強度を増大させ色帯域期間を通して実質的に一様の光出力を維持するように、１つの色帯域の表示期間においてライトバルブを照明する動作モード８０のフローチャートが示されている。動作モード８０の以下の説明は、ライトバルブを動作させてもよい種々の異なる方法のうちの単なる１つの方法にすぎない、ということを理解しなければならない。また、当業者には、動作モード８０が一般化した例を表し、動作モード８０の範囲から逸脱することなく他のステップを追加してもよくまたは既存のステップを除去しまたは変更してもよい、ということが明らかなはずである。
【００４９】
ライトバルブは、一般に、光入力と、光出力と、画素のアレイを有する空間光変調器と、光の第１、第２および第３の色帯域のうちの１つを逐次選択するカラーシーケンサと、を有する。１つの点において、概して照明期間中に光出力または強度が、従来の表示装置に比較して相対的に短期間で基準出力レベルに達するように、変調電力、電圧または電流を光源１０に供給してもよい。
【００５０】
ステップ８２において、種々の刺激に応じて動作モード８０を開始することができる。たとえば、画像データを受け取ることに応じて動作モード８０を開始してもよい。開始すると、ステップ８４に示すように、光源１０に電力を供給してもよい。さらに、ステップ８６において、照明期間の初期部分の間に、光源１０に供給する電力を、基準電力消費レベルを上回るレベルまで増大させる。さらに、ステップ８８に示すように、照明期間における各色帯域期間の初期部分に続き、光源に供給する電力を低減させる。ステップ９０において、たとえば画像データ全体が表示された時、動作モード８０は終了してもよい。また、後続する照明期間に、または新たな画像データを受け取ることに応じて、動作モード８０を繰り返してもよい。
【００５１】
図１２において概説したステップについて、以下の図を参照してより詳細に説明する。たとえば、図１３Ａは、図４Ａ〜図６に示すもの等の逐次色照明により光源に供給される変調電力、電圧または電流の波形を示す。図１３Ａに示すように、異なる色帯域照明期間の初期部分の間に、増大した電力レベルを供給する。
【００５２】
図１３Ａをさらに参照すると、増大した変調電力レベルすなわちオーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃに対応する波形がグラフィカルに示されている。図１３Ａに示すように、最初に、第１の色帯域の照明期間中のある期間（ｔ）に、光源１０にオーバードライブレベル１０７ａで電力を供給する。さらに、それぞれ第２および第３の色帯域の期間（ｔ）に、光源１０にオーバードライブレベル１０７ｂおよび１０７ｃで電力を供給する。期間（ｔ）を、色帯域の各々に対する照明期間より相対的に短く示す。照明期間の各々において、それぞれの期間（ｔ）に続いて基準電力消費レベルで電力を供給する。
【００５３】
オーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの間に供給される電力のオーバードライブレベル１０７ａ〜１０７ｃを、概して、光源１０の光出力が、従来の表示装置に比較して相対的に短期間で基準光出力レベル１０８に達するように選択してもよい。さらに、オーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃは、同様に概して、光出力が相対的に短期間で基準光出力レベル１０８に達することができるような持続時間（期間ｔ）を有してもよい。図１３Ｂに示すように、色帯域の各々の光出力は、図１０Ｂに示す光出力に比較してより高速に基準光出力レベル１０８に達する。より詳細には、光出力が基準光出力レベル１０８に達する前の照明期間中のある期間に関連する曲線状部分１０９は、図１０Ｂにおける曲線状部分６２に比較してより短くかつより小さい傾斜を有する。その結果、光出力は、それぞれの照明期間を通して相対的に一様であり得る。したがって、図１３Ａに示す電力変調技法によりカラーバランシングを行う際により高精度を達成することができる。
【００５４】
図１３Ａは、オーバードライブレベル１０７ａ〜１０７ｃおよびオーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの期間（ｔ）を、第１、第２および第３の色帯域の各々に対して同一であるように示すが、オーバードライブレベル１０７ａ〜１０７ｃおよび期間（ｔ）のうちの少なくとも１つは、色帯域のうちの１つまたは複数に対して変化してもよい。このため、たとえば、第１の色帯域のオーバードライブ部分１０６ａは、第２または第３の色帯域のオーバードライブ部分１０６ｂまたは１０６ｃのものとは異なるオーバードライブレベル１０７ａおよび期間（ｔ）のうちの少なくとも１つを有してもよい。色帯域の各々に対するオーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの特性を、たとえば、光源１０のスペクトル出力に従って確定してもよい。いずれの点でも、色帯域の各々に対するオーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの特性を、所望のレベルで実質的に一様の光出力を達成するように選択してもよい。
【００５５】
オーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの特性、すなわちオーバードライブレベル１０７ａ〜１０７ｃおよび期間（ｔ）を、ライトバルブに含まれる空間光変調器の特性に基づいて製造業者が事前設定してもよい。さらに、カラーバランスフィードバックシステムを使用して、オーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの特性を設定しまたは微調整してもよい。カラーバランスフィードバックシステムでは、光の第１、第２および第３の色帯域の各々の実際の強度を測定し、これらの測定値に基づいて、第１、第２および第３の色帯域の強度のバランスをとるために第１、第２および第３の色帯域の各々の間に光源１０に供給される電力の特性を調整する。
【００５６】
さらに、本方法を使用して、ライトバルブが配置されるディスプレイのユーザに対しカラーバランス制御を行うことができるようにしてもよい。これを、ユーザが所望のカラーバランスレベルを選択することができるようにするカラーバランスユーザインタフェースを提供することによって達成してもよい。カラーバランスユーザインタフェースは、１つまたは複数のカラーバランスつまみ、デジタルオンスクリーン制御、もしくは１つまたは複数の上／下押しボタンタイプの制御部を含む、当該技術分野において既知の任意のタイプのかかるユーザインタフェースであってもよい。そして、カラーバランスユーザインタフェースで受け取られるユーザの入力を使用して、ユーザに対し所望のカラーバランスを提供するオーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの特性を設定する。
【００５７】
別の例では、図１４Ａに示すように、オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’を傾斜させてもよい。この点で、上記例と同様に、概して、色帯域の各々の間の光出力が、従来の表示装置に比較して相対的に短期間で基準出力レベルに達するように、光源１０に変調電力、電圧または電流を供給する。さらに、概して光出力が照明期間の持続時間において基準光出力レベル１０８に実質的に等しくなるように、照明期間の各々の間に異なる速度で変調電力を供給する。この結果を達成するために、図１４Ａに示すように、光源１０に供給する電力を、最初に基準電力消費レベルを上回るオーバードライブレベル１０７ａ’まで増大させ、照明期間の一部の間に基準電力消費レベルに向かって徐々に低減させる。
【００５８】
図１４Ａは、変調電力、電圧または電流の変形を実施する、図４Ａ〜図６に示すもの等の逐次色照明により光源に供給される、変調電力、電圧または電流の波形を示す。より詳細には、図１４Ａは、オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’に対応する波形をグラフィカルに示す。図１４Ａに示すように、最初に、第１の色帯域の照明期間中に、光源１０に、基準電力消費レベルを超過するオーバードライブレベル１０７ａ’で電力を供給する。さらに、それぞれ第２および第３の色帯域の初期化中に、光源１０にオーバードライブレベル１０７ｂ’および１０７ｃ’で電力を供給する。オーバードライブレベル１０７ａ’〜１０７ｃ’での初期電力供給に続き、光源１０に供給する電力を、それぞれ基準電力消費レベルまで徐々に低減させる。
【００５９】
オーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃの間に供給される電力のオーバードライブレベル１０７ａ’〜１０７ｃ’を、概して光源１０の光出力が、従来の表示装置に比較して相対的に短期間で基準光出力レベル１０８に達するように選択してもよい。この点で、オーバードライブレベル１０７ａ’〜１０７ｃ’は、色帯域の照明期間のうちの１つまたは複数に対し異なってもよい。このため、たとえば、第１の色帯域のオーバードライブレベル１０７ａ’は、第２および第３の色帯域のオーバードライブレベル１０７ｂ’および１０７ｃ’のいずれかまたは両方と異なってもよい。色帯域の各々に対するオーバードライブレベル１０７ａ’〜１０７ｃ’を、たとえば光源１０のスペクトル応答にしたがって確定してもよい。いずれの点でも、色帯域の各々に対するオーバードライブレベル１０７ａ’〜１０７ｃ’を、所望のレベルで実質的に一様の光出力を達成するように選択してもよい。
【００６０】
オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’の間に供給する電力を、減衰関数に従って低減するように示す。すなわち、供給される電力の量を示す線の傾斜は、照明期間に沿って徐々に低下する。減衰関数は、光源１０を、所望のレベルで実質的に一様の光出力を可能とするように制御することができる、公式、方程式またはルックアップテーブルを含んでもよい。さらに、オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’の各々に対する減衰関数は、オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’の１つまたは複数の間で異なってもよい。オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’の各々に対する減衰関数を、たとえば光源１０のスペクトル出力に従って確定してもよい。
【００６１】
図１４Ｂに示すように、色帯域の各々に対する光出力は、図１０Ｂに示す光出力に比較して高速で基準光出力レベル１０８に達する。より詳細には、図１４Ｂに示す光出力は、照明期間中に実質的に水平な線を有するトップハット型波形を含む。その結果、光出力は、それぞれの照明期間を通して比較的一様であり得る。したがって、図１４Ａに示す電力変調技法を通してカラーバランシングを行う際により高精度を達成することができる。
【００６２】
オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’の特性、すなわちオーバードライブレベル１０７ａ’〜１０７ｃ’および減衰関数を、ライトバルブに含まれる空間光変調器の特性に基づいて製造業者が事前設定してもよい。さらに、カラーバランスフィードバックシステムを使用して、オーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’の特性、すなわちオーバードライブレベル１０７ａ’〜１０７ｃ’および期間（ｔ）を設定しまたは微調整してもよい。カラーバランスフィードバックシステムでは、光の第１、第２および第３の色帯域の各々の実際の強度を測定し、これらの測定値に基づいて、第１、第２および第３の色帯域の強度のバランスをとるために第１、第２および第３の色帯域の各々の間に光源１０に供給される電力の特性を調整する。
【００６３】
さらに、本方法を使用して、上述したようにライトバルブが配置されるディスプレイのユーザに対しカラーバランス制御を行うことができるようにしてもよい。
【００６４】
これらのステップが終了すると、新たな画像データを提供してもよく、画像データを提供するステップで開始して、上述した方法を繰り返してもよい。
【００６５】
図１３Ａにおけるオーバードライブ部分１０６ａ〜１０６ｃおよび図１４Ａにおけるオーバードライブ部分１０６ａ’〜１０６ｃ’を使用することについて特に言及したが、オーバードライブ部分の他の構成を実施してもよい。たとえば、オーバードライブ部分は、オーバードライブレベル１０７ａ〜１０７ｃ、１０７ａ’〜１０７ｃ’から基準電力消費レベルまでの一定の傾斜を有してもよい。別法として、オーバードライブ部分は、実質的にランダムタイプの変調を含んでもよい。すなわち、オーバードライブ部分は、オーバードライブレベルから基準電力消費レベルまでの減衰の事前に定義された方法に従わない構成を含んでもよい。したがって、本質的に、照明期間を通して実質的に一様の光出力レベルを可能にする任意の妥当に適切な方法で、オーバードライブ部分を実現してもよい。
【００６６】
ここで図１５を参照すると、表示期間中に光源１０によって生成される光の強度の一例が示されている。図示するように、光の強度を、表示期間の一部では基準ランプ電力消費レベルを上回る高レベル１１０まで増大させ、また表示期間の別の部分では基準電力消費レベルを下回る低レベル１１２まで低減させる。図１５では、強度レベルの高レベル１１０への増大が、強度レベルの低レベル１１２への低減の前に発生するが、順序は重要ではなく、逆転させてもよい。さらに、表示期間に単一の長い高レベル１１０と単一の長い低レベル１１２とを示すが、これらを、表示期間において、多数のより短い高レベル１１０および低レベル１１２期間に容易に置き換えることができる。
【００６７】
図１５では、強誘電性液晶ベースの空間光変調器を有するライトバルブに対して高レベルおよび低レベルを示す。このため、強度が高レベル１１０まで増大する表示期間の部分は、実質的に、表示期間の照明期間に対応する。さらに、強度が低レベル１１２まで減らされた表示期間の部分は、実質的に表示期間のバランス期間に対応する。また、高レベル１１０は、基準電力消費レベルのおよそ２００％の大きさを有し、低レベル１１２は、光源の「オフ」状態に対応する。
【００６８】
本照明の方法を、他のタイプの空間光変調器を同様に含むライトバルブで使用してもよい。かかる場合、表示期間中の高レベル１１０の低レベル１１２に対する相対持続時間と、高レベル１１０および低レベル１１２の大きさとを、関連する空間光変調器の特性に対し最良の光スループットを提供するように変更する。たとえば、図１６は、画像データから新たな画像データに設定を変更するために表示期間の１／４を必要とする空間光変調器を有するライトバルブに対する、光源によって生成される光の強度の変調を示す。かかるライトバルブを、それが設定を変更している間に照明することは望ましくないため、光スループットを向上させることができる。この場合、光源の強度を、表示期間の３／４において高レベル１１０まで増大させ、空間光変調器の設定時間に対応する持続時間において低レベル１１２まで低減させる。強度が低レベルまで低減した時に光源がオフとなるとすると、高レベルを、基準電力消費レベルのおよそ１３３％の大きさまで増大させることができる。
【００６９】
ライトバルブの光スループットを最大化することの別法として、本方法を使用して、ライトバルブが配置されるディスプレイのユーザに対し輝度制御を行うことができるようにしてもよい。これを、ユーザが所望の輝度レベルを選択することができるようにする輝度ユーザインタフェースを提供することによって達成してもよい。輝度ユーザインタフェースは、輝度つまみ、デジタルオンスクリーン制御または上／下押しボタンタイプの制御部を含む、当該技術分野において既知の任意のタイプのかかるユーザインタフェースであってもよい。そして、輝度ユーザインタフェースにおいて受け取られるユーザの入力を使用して、高レベル１１０および／または低レベル１１２を、ユーザに所望の輝度レベルを提供するレベルに設定する。
【００７０】
これらのステップが終了すると、新たな画像データを提供してもよく、画像データを提供するステップで開始して、上述した方法を繰り返してもよい。
【００７１】
強度を変調して光源によりライトバルブを照明する本方法を、図４Ａ、図５および図６に示すような逐次色照明タイプのライトバルブ（カラーシーケンサ９を含む）に使用してもよい。これらのライトバルブは、光の３つ以上の色帯域（通常、赤、緑、青等）で逐次照明される単一の空間光変調器４、４０とともに動作する。光のこれらの色帯域の各々は、逐次変調され、光出力１０５を通してライトバルブを出る。連続が十分に高速である場合、見る人は、３つの個々の色帯域画像を単一のフルカラー画像として知覚する。６０フレーム／秒のフルカラーフレームレートが使用される場合、およそ１／１８０秒の時間に各色帯域を表示しなければならない。
【００７２】
逐次色照明のライトバルブで使用する場合、強度が変調される光源でライトバルブを照明する方法は、ライトバルブ２、３９を提供することによって開始する。提供されるライトバルブは、光入力１０３と、光出力１０５と、空間光変調器４、４０と、カラーシーケンサ９とを有する。空間光変調器は、画素のアレイを有し、画素のアレイの個々の画素３０は、光入力と光出力との間で画素を横切る光路１９に沿って移動する光を変調することができる。カラーシーケンサは、光出力に達することができる光の第１、第２、第３の色帯域および他の色帯域のうちの１つを逐次選択する。
【００７３】
上述したように、基準ランプ電力消費レベルを有する光源によって生成される光により、光入力を介して空間光変調器を照明する。そして、カラーシーケンサを、光の第１の色帯域が光出力に向かって通過させることができるように設定し、第１の色帯域画像データを空間光変調器に提供する。そして、第１の色帯域期間中に、画素のアレイを第１の色帯域画像データに基づいて設定することにより、第１の色帯域画像データが光出力で受け取られる第１の色帯域光で表されるようにする。上述したように、画素のアレイを設定することは、アナログまたはデジタルの設定を含んでもよく、ライトバルブに含まれる空間光変調器のタイプに応じて、第１の色帯域画像データの正表現と反転表現とをともに符号化してもよい。
【００７４】
そして、第１の色帯域期間中に光源によって生成される光の強度を変調する。この変調には、図１７に示すように、光源１０によって生成される光の強度を第１の高レベル１１４に設定することが含まれてもよい。このタイプの変調を使用して、ＤＣバランシングを必要としない空間光変調器を有するライトバルブでカラーバランスおよびスループットを向上させることができる。
【００７５】
別法として、この変調には、図１８Ａに示すように、色帯域期間の各々の一部分の間に光源によって生成される光の強度をそれぞれの高レベル１１４、１１６、１１８に設定し、色帯域期間の別の部分の間に生成される光の強度を第１の低レベル１２０、１２２、１２４に設定することが含まれてもよい。このタイプの変調を使用して、強誘電性液晶ベースの空間光変調器等、ＤＣバランス操作を必要とする空間光変調器を含むライトバルブでのカラーバランスおよびスループットを向上させることができる。空間光変調器が強誘電性液晶ベースである場合、低レベル１２０、１２２、１２４を、およそ光源のオフレベルに設定してもよい。上述したように、高レベル１１４、１１６、１１８および低レベル１２０、１２２、１２４の順序、相対持続時間および周波数を、空間光変調器の他のタイプの特性に一致するように色帯域期間内で調整してもよい。
【００７６】
第１、第２および第３の色帯域期間の各々において光源によって生成される光の強度の変調を、光出力における光の第１、第２および第３の色帯域のカラーバランスを調整するように調整してもよい。たとえば、第１、第２および第３の色帯域は、それぞれ青、赤および緑色帯域であってもよく、特定の光源は、赤および青色帯域に対して緑色帯域が強くてもよい。さらに、赤色帯域が青色帯域より強くてもよい。
【００７７】
さらに、別の例によれば、光源１０に供給される変調電力、電圧または電流を、概して照明期間中の光出力または強度が、従来の表示装置に比較して相対的に短期間で所望の出力レベルに達するように、さらに操作してもよい。より詳細には、図１８Ａに示すように、それぞれの照明部分の間の期間（ｔ）において、光源１０に、高レベル１１４〜１１８を超過する変調電力を供給してもよい。図１８Ａは、異なる色帯域の照明期間の初期部分の間に高レベル１１４〜１１８を超える増大した電力レベルが供給されることを示す。
【００７８】
図１８Ａは、増大した変調電力レベルまたはオーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃに対応する波形の一例をグラフィカルに示す。図１８Ａに示すように、最初に、第１の色帯域の照明期間中の期間（ｔ）において、光源１０にオーバードライブレベル１１９ａで電力を供給する。さらに、それぞれ第２および第３の色帯域の期間（ｔ）において、光源１０にオーバードライブレベル１１９ｂおよび１１９ｃで電力を供給する。期間（ｔ）を、色帯域の各々の照明期間より相対的に短いように示す。照明期間の各々において、それぞれの期間（ｔ）に続き高レベル１１４〜１１８で電力を供給する。
【００７９】
オーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃの間に供給される電力のオーバードライブレベル１１９ａ〜１１９ｃを、概して光源１０の光出力が従来の表示装置に比較して相対的に短期間で所望の光出力レベルに達するように選択してもよい。さらに、オーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃは、同様に概して光出力が相対的に短期間で所望の光出力レベルに達することができるようにする持続時間（期間ｔ）を有してもよい。図１８Ｂに示すように、色帯域の各々の光出力は、たとえば図１０Ｂに示す光出力に比較してより高速に所望の光出力レベルに達する。その結果、光出力は、それぞれの照明期間を通して比較的一様とすることができる。したがって、図１８Ａに示す電力変調技術によりカラーバランシングを行う際に、精度をより高めることができる。
【００８０】
図１８Ａは、オーバードライブレベル１１９ａ〜１１９ｃおよびオーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃの期間（ｔ）を、第１、第２および第３の色帯域の各々に対して同一であるように示すが、オーバードライブレベル１１９ａ〜１１９ｃおよび期間（ｔ）のうちの少なくとも１つは、色帯域のうちの１つまたは複数に対して異なってもよい。このため、たとえば、第１の色帯域のオーバードライブ部分１１７ａは、第２または第３の色帯域のオーバードライブ部分１１７ｂまたは１１７ｃとは異なるオーバードライブレベル１１９ａおよび期間（ｔ）のうちの少なくとも１つを有してもよい。色帯域の各々に対するオーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃの特性を、たとえば、光源１０のスペクトル応答に従って確定してもよい。いずれの点でも、色帯域の各々に対するオーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃの特性を、所望のレベルで実質的に一様の光出力に達するように選択してもよい。
【００８１】
別の例では、図１９Ａに示すように、オーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’を傾斜させてもよい。この点で、上記例と同様に、概して色帯域の各々の間の光出力が、従来の表示装置に比較して相対的に短期間で所望の出力レベルに達するように、光源１０に変調電力、電圧または電流を供給する。さらに、概して光出力が照明期間の持続時間に所望の光出力レベルに実質的に等しくなるように、照明期間の各々の間に変調電力を異なる割合で供給する。この結果を得るために、図１９Ａに示すように、光源１０に供給される電力を、最初に高レベル１１４〜１１８を上回るそれぞれのオーバードライブレベル１１９ａ'〜１１９ｃ’まで増大させ、照明期間の一部の間に高レベル１１４〜１１８まで徐々に低減させる。
【００８２】
図１９Ａは、図４Ａ〜図６に示すもの等の逐次色照明により光源に供給される変調電力、電圧または電流の波形を示す。より詳細には、図１９Ａは、オーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’に対応する波形をグラフィカルに示す。図１９Ａに示すように、まず、第１の色帯域照明期間中に、光源１０に高レベル１１４を超過するオーバードライブレベル１１９ａ’で電力を供給する。さらに、それぞれ第２および第３の色帯域の初期化中に、光源１０にオーバードライブレベル１１９ｂ’および１１９ｃ’で電力を供給する。オーバードライブレベル１１９ａ’〜１１９ｃ’での初期電力供給に続き、光源１０に供給される電力を、それぞれ高レベル１１４〜１１８まで徐々に低減する。
【００８３】
オーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’の間に供給される電力のオーバードライブレベル１１９ａ’〜１１９ｃ’を、概して光源１０の光出力が、従来の表示装置に比較して相対的に短期間で所望の光出力レベルに達するように選択してもよい。この点で、オーバードライブレベル１１９ａ’〜１１９ｃ’は、色帯域の照明期間のうちの１つまたは複数に対して異なってもよい。このため、たとえば、第１の色帯域のオーバードライブレベル１１９ａ’は、第２および第３の色帯域のオーバードライブレベル１１９ｂ’および１１９ｃ’のいずれかまたは両方とは異なってもよい。色帯域の各々に対するオーバードライブレベル１１９ａ’〜１１９ｃ’を、たとえば光源１０のスペクトル応答に従って確定してもよい。いずれの点でも、色帯域の各々に対するオーバードライブレベル１１９ａ’〜１１９ｃ’を、所望のレベルで実質的に一様の光出力に達するように選択してもよい。
【００８４】
オーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’の間に供給される電力を、減衰関数に従って低減するように示す。すなわち、供給される電力の量を示す線の傾斜は、照明期間に沿って徐々に低下する。減衰関数は、光源１０を、所望のレベルで実質的に一様の光出力を可能とするように制御することができる、公式または方程式を含んでもよい。さらに、オーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’の各々に対する減衰関数は、オーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’のうちの１つまたは複数の間で異なってもよい。オーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’の各々に対する減衰関数を、たとえば光源１０のスペクトル出力に従って確定してもよい。
【００８５】
図１９Ｂに示すように、色帯域の各々に対する光出力は、たとえば図１０Ｂに示す光出力に比較してより高速に所望の光出力レベルに達する。より詳細には、図１９Ｂに示す光出力は、照明期間中に実質的に水平な線を有するトップハット型波形を含む。その結果、光出力は、それぞれの照明期間を通して比較的一様であり得る。したがって、図１９Ａに示す電力変調技法によりカラーバランシングを行う際により高精度を達成することができる。
【００８６】
上記例のいずれにおいても、オーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃ、１１７ａ’〜１１７ｃ’の特性、すなわちオーバードライブレベル１１９ａ〜１１９ｃ、１１９ａ’〜１１９ｃ’、期間（ｔ）および減衰関数を、ライトバルブに含まれる空間光変調器の特性に基づいて製造業者が事前に設定してもよい。さらに、カラーバランスフィードバックシステムを使用して、オーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃ、１１７ａ’〜１１７ｃ’の特性を設定しまたは微調整してもよい。カラーバランスフィードバックシステムでは、光の第１、第２および第３の色帯域の各々の実際の強度を測定し、これらの測定値に基づいて、第１、第２および第３の色帯域の強度のバランスをとるために第１、第２および第３の色帯域の各々の間に光源１０に供給される電力の特性を調整する。
【００８７】
さらに、本方法を使用して、ライトバルブが配置されるディスプレイのユーザに対しカラーバランス制御を行うことができるようにしてもよい。これを、ユーザが所望のカラーバランスレベルを選択することができるようにするカラーバランスユーザインタフェースを提供することによって達成してもよい。カラーバランスユーザインタフェースは、１つまたは複数のカラーバランスつまみ、デジタルオンスクリーン制御もしくは１つまたは複数の上／下押しボタンタイプの制御部を含む、当該技術分野において既知の任意のタイプのかかるユーザインタフェースであってもよい。そして、カラーバランスユーザインタフェースで受け取られるユーザの入力を使用して、ユーザに所望のカラーバランスを提供するオーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃ、１１７ａ’〜１１７ｃ’の特性を設定する。
【００８８】
さらに、本方法を使用して、上述したようにライトバルブが配置されるディスプレイのユーザに対しカラーバランス制御を行うことができるようにしてもよい。
【００８９】
図１７、図１８Ａおよび図１９Ａを参照すると、弱い青色帯域の変調が発生する第１の色帯域期間の例が示されている。以下の説明はこの特定のタイプのランプに言及するものであり、他のタイプのランプは、色帯域期間の異なる描写を含んでもよい、ということを理解すべきである。さらに、本明細書で提示する技法は、第１の色帯域期間として弱い青色帯域を有する特定のタイプのランプに限定されない、ということを理解すべきである。図１７、図１８Ａおよび図１９Ａに示すように、第１の色帯域は、第２または第３の高レベルより高い第１の高レベル１１４による変調を含む。この最高の高レベルは、光源によって生成される弱い青色帯域を相殺し、光出力において青色帯域を赤色帯域および緑色帯域に対して等しくする。第２の色帯域期間（その間、赤色帯域の変調が発生する）は、第３の高レベル１１８より高いが第１の高レベル１１４を下回る第２の高レベル１１６での変調を含む。この第２の高レベルは、光源によって生成されるわずかに弱い赤色帯域を相殺し、光出力において赤色帯域を青色帯域および緑色帯域に対して等しくする。第３の色帯域期間（その間、強い緑色帯域の変調が発生する）は、高レベルのうち最も低い第３の高レベル１１８による変調を含む。この第３の高レベルは、光源によって生成される強い緑色帯域を相殺し、光出力において緑色帯域を青色帯域および赤色帯域に対して等しくする。
【００９０】
第１、第２および第３の高レベル１１４、１１６、１１８の各々の実際の大きさを、ライトバルブに含まれる空間光変調器の特性に基づいて製造業者が事前に設定してもよい。さらに、カラーバランスフィードバックシステムを使用して、第１、第２および第３の高レベルの大きさを設定しまたは微調整してもよい。カラーバランスフィードバックシステムでは、光の第１、第２および第３の色帯域の各々の実際の強度を測定し、これらの測定値に基づいて、光の第１、第２および第３の色帯域の強度のバランスをとるために第１、第２および第３の高レベルの各々の大きさを調整する。
【００９１】
さらに、本方法を使用して、ライトバルブが配置されるディスプレイのユーザに対しカラーバランス制御を行うことができるようにしてもよい。これを、ユーザが所望のカラーバランスレベルを選択することができるようにするカラーバランスユーザインタフェースを提供することによって達成してもよい。カラーバランスユーザインタフェースは、１つまたは複数のカラーバランスつまみ、デジタルオンスクリーン制御もしくは１つまたは複数の上／下押しボタンタイプの制御部を含む、当該技術分野において既知の任意のタイプのかかるユーザインタフェースであってもよい。そして、カラーバランスユーザインタフェースにおいて受け取られるユーザの入力を使用して、第１、第２および第３の高レベル１１４、１１６、１１８、および／または第１、第２および第３の低レベル１２０、１２２、１２４をユーザに所望のカラーバランスを提供するレベルに設定する。
【００９２】
３つの色帯域期間すべてが経過すると、新たな第１の色帯域画像データを提供してもよく、その時点からプロセスを繰り返してもよい。
【００９３】
図１８Ａにおけるオーバードライブ部分１１７ａ〜１１７ｃおよび図１９Ａにおけるオーバードライブ部分１１７ａ’〜１１７ｃ’を使用することに対し特に言及したが、オーバードライブ部分の他の構成を実施してもよい。たとえば、オーバードライブ部分は、オーバードライブレベル１１９ａ〜１１９ｃ、１１９ａ’〜１１９ｃ’から高レベル１１４、１１６、１１８までの一定の傾斜を含んでもよい。別法として、オーバードライブ部分は、実質的にランダムタイプの変調を含んでもよい、すなわち、オーバードライブ部分は、オーバードライブレベルから高レベル１１４、１１６、１１８への減衰の事前に定義された方法に従わない構成を含んでもよい。したがって、本質的に、オーバードライブ部分を、照明期間を通して実質的に一定の光出力レベルを可能にする任意の妥当な適切な方法で実現してもよい。
【００９４】
図２０は、たとえば、上述した表示装置の動作を制御するように構成されたコントローラを有してもよい、コンピュータシステム１５０を示す。コントローラは、たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等を含んでもよい。さらに、コンピュータシステム１５０を、上述した機能のうちの１つまたは複数を実行するプラットフォームとして使用してもよい。
【００９５】
コンピュータシステム１５０は、プロセッサ１５２等、１つまたは複数のコントローラを含む。プロセッサ１５２を使用して、上述したステップの一部またはすべてを実行してもよい。プロセッサ１５２からのコマンドおよびデータを、通信バス１５４によって通信する。コンピュータシステム１５０はまた、ランタイム中にたとえばコントローラのためのプログラムコードが実行されてもよい、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の主記憶装置１５６と、補助記憶装置１５８と、を有する。補助記憶装置１５８は、たとえば、表示装置のためのプログラムコードのコピーを格納してもよい、１つまたは複数のハードディスクドライブ１６０および／またはフロッピー（登録商標）ディスケットドライブ、磁気テープドライブ、コンパクトディスクドライブ等を表すリムーバブル記憶ドライブ１６２を含む。
【００９６】
リムーバブル記憶ドライブ１６２は、既知の方法でリムーバブル記憶ユニット１６４に対し読出しおよび／または書込みを行う。ユーザ入力および出力デバイスには、キーボード１６６、マウス１６８およびディスプレイ１７０が含まれてもよい。ディスプレイアダプタ１７２が、通信バス１５４およびディスプレイ１７０とインタフェースしてもよく、プロセッサ１５２から表示データを受け取りその表示データをディスプレイ１７０のための表示コマンドに変換してもよい。さらに、プロセッサ１５２は、ネットワークアダプタ１７４を介してネットワーク、たとえばインターネット、ＬＡＮ等によって通信してもよい。
【００９７】
当業者には、コンピュータシステム１５０において、他の既知の電子コンポーネントを追加しまたは代用してもよい、ということが明らかとなろう。さらに、コンピュータシステム１５０は、データセンタのラック、従来の「ホワイトボックス」サーバまたはコンピューティングデバイス等で使用されるシステムボードまたはブレードを含んでもよい。また、図２０のコンポーネントのうちの１つまたは複数はオプションであってもよい（たとえば、ユーザ入力デバイス、補助記憶装置等）。
【００９８】
本開示は、本発明の例示的な実施形態について詳細に説明しているが、本発明は説明した正確な実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内においてさまざまな変更を実施してもよい、ということを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】従来の強誘電性液晶ベースのライトバルブにおける光源の変調を示す図である。
【図２】図４Ａ〜図６に示すもの等の逐次色照明を伴う従来の強誘電性液晶ベースのライトバルブにおける光源の変調を示す図である。
【図３】図７〜図９に示すもの等の３つの空間光変調器を有する従来の強誘電性液晶ベースのライトバルブにおける光源の変調を示す図である。
【図４Ａ】単一の空間光変調器を有する透過型ライトバルブを組み込んだ表示装置の一部の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すもののようなカラーシーケンサの正面図である。
【図５】単一の空間光変調器を有する反射型ライトバルブを組み込んだ表示装置の一部の概略図である。
【図６】単一の空間光変調器およびビームスプリッタを有する反射型ライトバルブを組み込んだ表示装置の一部の概略図である。
【図７】３つの空間光変調器およびダイクロイックプレートを有する反射型ライトバルブを組み込んだ表示装置の一部の概略図である。
【図８】３つの空間光変調器および色分解キューブを有する反射型ライトバルブを組み込んだ表示装置の一部の概略図である。
【図９】３つの空間光変調器および３プリズムカラーセパレータを有する反射型ライトバルブを組み込んだ表示装置の一部の概略図である。
【図１０】図１０Ａは、図４Ａ〜図６に示すもの等の逐次色照明により強誘電性液晶ベースのライトバルブにおける光源に供給される変調電力、電流または電圧を示す図である。図１０Ｂは、図１０Ａにおいて供給される変調電力に関連する光出力を示す図である。
【図１１】図７〜図９に示すもの等の３つの空間光変調器およびカラーセパレータを有するライトバルブの照明を示す図である。
【図１２】一実施形態による１つの色帯域の表示期間におけるライトバルブの照明のための動作モードのフローチャートである。
【図１３】図１３Ａは、一実施形態による図４Ａ〜図６に示すもの等の逐次色照明により光源に供給される変調電力、電圧または電流の波形の一例を示す図である。図１３Ｂは、図１３Ａにおいて供給される変調電力に関連する光出力を示す図である。
【図１４】図１４Ａは、図１３Ａからの変調電力、電圧または電流の変形を実施する、図４Ａ〜図６に示すもの等の逐次色照明により光源に供給される変調電力、電圧または電流の波形を示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａにおいて供給される変調電力に関連する光出力を示す図である。
【図１５】一実施形態による、光スループットを向上させる強誘電性液晶ベースの空間光変調器を有するライトバルブの照明の一例を示す図である。
【図１６】一実施形態による、光スループットを向上させる異なる空間光変調器を有するライトバルブの照明の一例を示す図である。
【図１７】一実施形態による、光スループットおよびカラーバランスを向上させる空間光変調器およびカラーシーケンサを有するライトバルブの照明の一例を示す図である。
【図１８】図１８Ａは、一実施形態による、光スループットおよびカラーバランスを向上させる強誘電性液晶ベースの空間光変調器およびカラーシーケンサを有するライトバルブの照明の一例を示す図である。図１８Ｂは、図１８Ａにおいて供給される変調電力に関連する光出力を示す図である。
【図１９】図１９Ａは、一実施形態による、光スループットおよびカラーバランスを向上させる強誘電性液晶ベースの空間光変調器およびカラーシーケンサを有するライトバルブの照明の一例を示す図である。図１９Ｂは、図１９Ａにおいて供給される変調電力に関連する光出力を示す図である。
【図２０】本明細書で説明する方法の一部またはすべてを実行するように実施してもよいコンピュータシステムを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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