(57)【要約】  表示システム（１０）は、空間光変調器（１６）を使用して同時画素化カラーを提供する機構を含む。また、同時画素化カラーを投影して、観察面（２０）上に色彩面表示を作り出す機構も含まれる。さらなる機構（１８）が、観察面（２０）に対して色彩面表示を移動させて、カラー増強ウォビュレーション又は解像度増強ウォビュレーションのうちの少なくとも一方又はこれらの両方を提供する。
2008517346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー表示画像を生成する方法であって、
複数の画素要素を有する空間光変調器（１６）にほぼ白色の光を通すことであって、前記画素要素はそれぞれ少なくとも１色を規定するように構成される、通すこと、
前記空間光変調器（１６）を使用して前記光を変調することであって、前記光は画素化プレート上の前記画素のそれぞれによって濾波される、変調すること、
前記変調された光を観察面（２０）上に描写すること、及び
前記観察面（２０）に対して前記描写された変調光の位置を調整すること（１８）であって、それによって前記空間光変調器（１６）上の複数の画素によって濾波された光を前記観察面（２０）の少なくとも１つの位置に順次衝突させる、調整すること（１８）
を含むことを特徴とする、カラー表示画像を生成する方法。
【請求項２】
前記描写された変調光の位置を調整することは、前記空間光変調器の位置をシフトすることを含むことを特徴とする、請求項１に記載のカラー表示画像を生成する方法。
【請求項３】
前記変調光を描写することは、前記空間光変調器（１６）からの前記光を投影することであって、それによって前記観察面（２０）上に表示画像を作成することを含み、前記方法は、前記空間光変調器からの前の表示画像に対して前記表示画像の位置を調整することであって、それによって前記空間光変調器（１６）上の前記複数の画素によって濾波された光を知覚表示画像の関連する１つの画素位置に順次衝突させる、調整することをさらに含み、前記知覚表示画像は、前記空間光変調器（１６）上の画素数よりも多いアドレス指定された画素を有することを特徴とする、請求項１に記載のカラー表示画像を生成する方法。
【請求項４】
投影装置（１０）であって、
第１の原色を有する第１の複数の画素及び第２の原色を有する第２の複数の画素を含むカラー画素アレイを観察面（２０）上に生成するように構成される画素生成器（１６）であって、前記第１の複数の画素及び前記第２の複数の画素は、異なるがインタリーブされた画素位置に同時に表示される、画素生成器（１６）と、
前記第１の原色及び前記第２の原色のそれぞれの面積範囲が保証されるように前記カラー画素アレイの位置を変更するように構成されるウォブリング光学系（１８）と
を備えることを特徴とする、投影装置。
【請求項５】
投影装置（１０）であって、
前記カラー画素アレイは、前記第１の複数の画素及び前記第２の複数の画素に対して異なるがインタリーブされた画素位置に同時に表示される第３の原色を有する第３の複数の画素をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載の投影装置。
【請求項６】
投影装置（１０）であって、
光源（１４）をさらに備え、前記画素生成器（１６）は画素要素アレイを含み、各画素要素は前記光源から光を受け取り、前記光源に対して変更されるスペクトル分布を有する画素を生成するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の投影装置。
【請求項７】
投影装置（１０）であって、
光源（１４）をさらに備え、前記画素生成器（１６）は画素要素アレイを含み、各画素要素は、前記光源から受け取った光を干渉変調するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の投影装置。
【請求項８】
投影装置（１０）であって、
光源（１４）をさらに備え、前記画素生成器（１６）は画素要素アレイを含み、各画素要素は、前記光源から受け取った光を濾波して、前記光源から受け取った光のスペクトル分布を狭めるように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の投影装置。
【請求項９】
表示システム（１０）であって、
空間光変調器（１６）を使用して同時画素化カラーを提供する手段と、
前記同時画素化カラーを投影して観察面（２０）上に色彩面表示を作成する手段と、
複数の画素化カラー成分の知覚解像度を上げるとともに、観察面に対して前記色彩面表示を移動させてカラーウォビュレーションを提供する手段（１８）と
を備えることを特徴とする、表示システム。
【請求項１０】
投影装置（１０）であって、
複数の原色にわたるスペクトル分布を有する光源（１４）と、
該光源（１４）からの光を受け取り、観察面（２０）上に第１の画素アレイを規定する光変調器（１６）であって、前記第１の画素アレイのそれぞれは前記複数の原色のうちの１色によって特徴付けられ、該第１の画素アレイは前記観察面（２０）の完全でない面積範囲を提供する、光変調器（１６）と、
フレーム期間中に前記第１の画素アレイを変位させて、前記観察面（２０）のより完全な面積範囲を提供するウォビュレーションデバイス（１８）と
を備えることを特徴とする、投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、本願の譲受人に譲渡された、２００４年１０月２０日に出願された米国特許出願第１０／９６９，４１２号の一部継続であり、これを参照により本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
ディスプレイ、プロジェクタ、又は他のデジタル画像化システム等の画像を表示するための従来のシステムや装置は、観察スクリーン等の観察面（ビューイング面）に静止画像又は動画像を表示するために頻繁に用いられる。閲覧者は、たとえば画像サイズ、色域、コントラスト比、輝度、及び解像度等の多くの基準に基づいて表示システムを評価する。画像輝度、画素色精度、及び解像度が多くのディスプレイ市場で特に重要な測定基準である。なぜなら、利用できる輝度、色域、及び解像度によって表示画像のサイズが制限され、高レベルの環境光を有する会場で画像をどの程度よく見ることができるかが制御されるからである。
【０００３】
多くのデジタル表示システムは、ビデオフレーム毎に原色（赤、緑、及び青）の３つ以上の変調画像を作成することによって、単一の光変調器を用いてフルカラー表示を作成する。原色は通常、白色光をカラーホイール、プリズム、又は他の何らかのカラーフィルタに通してから変調器に衝突させることによって導出される。時により、カラーホイールの後に白色光を空間光ホモジナイザに通して、変調器に衝突するエリアにわたり白色光の強度を均一化する。変調された画像は順次高速で表示されて、人間の視覚系にフルカラー画像を作成する。したがって、このフルカラー表示生成方法は「順次式カラー」と呼ばれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カラーホイールは、機械部品の移動に関連する固有の長期信頼性問題を含む様々な理由によりノイズ、厚さ、費用、及び複雑性を表示システムに付加する。本明細書において述べる実施の形態は、既知の表示システムに関連するこれらの欠点及び他の欠点を鑑みて開発されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は添付の図面を参照しつつよりよく理解される。図面の要素は必ずしも互いに一定の縮尺で描かれているわけではない。むしろ、それに代えて、本発明を明確に示すことに重点が置かれている。さらに、同様の参照符号は何枚かの図を通して対応する同様の部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
［詳細な説明］
本明細書において述べる実施形態は、個々の画素要素が全範囲の原色を提供することができない１つの色変調器又は干渉変調器を使用して、観察面上に全充填投影画像を提供する。以下の実施形態は、カラーホイールを必要とすることなく低コスト、ロバスト、且つ単一変調器の表示システムを可能にする。一実施形態では、投影システムは、干渉ベースの光変調器を使用して、観察面上にカラー画素を生成する。光変調器は、変調器上の各画素要素が非黒の１色又は２色を生成するという意味で「デジタル」である。しかし、隣接画素要素は相補的な原色を有する。変調器画像は、「ウォビュレーションをほどこされ」又は他の様式で空間的にシフトされ、投影変調画素が観察面上に重なって表示されて、観察面上の各画素位置が、白色と知覚される画素を作成できるように全範囲の原色を有することができる。換言すれば、ウォビュレーション制御回路が、観察面上の各画素位置が全原色を生成できるように、変調器によって生成される画素の観察面上での変位を制御する。
【０００７】
本願では、知覚画素は観察面上に形成される光点として定義される。画素の位置は画素輪郭の中心の座標として定義される。画素要素とは、光源から光を受け取り、光のスペクトル（たとえば、波長、周波数、及び任意選択的に強度を組み込む）分布を変調し、観察面上に少なくとも１つの知覚画素を規定する光変調器上の素子である。原色は、光源の可視光スペクトル内の限られたスペクトル範囲として定義される。原色を有する知覚画素は、当該画素がその点の原色を規定する狭いスペクトル分布を有することを特徴とする光点である。インタリーブされた複数の画素を有する画素アレイは、アレイが第１の原色を有する第１の複数の点及び第２の原色を有する第２の複数の点を含み、第１の原色の点及び第２の原色の点が既知の、好ましくは繰り返しパターンを形成することを特徴とする点アレイである。スペクトル変調は、広帯域波長の光を光源から受け取り、光源のスペクトル分布を狭帯域波長に変更することである。
【０００８】
図１は、本発明の種々の態様を組み込む画素化色管理装置を組み込んだ表示システム１０の例示的なブロック図である。たとえば、表示システム１０は、アナログ形態又はデジタル形態の画像データ１１を受け取り、それに従ってデータを変換して処理する画像処理ユニット１２を備える。画像処理ユニット１２は、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、又はロジック及びソフトウェア又はファームウェアの組み合わせを使用する汎用ＣＰＵとして実装することができる。別法として、画像処理ユニットは、離散回路又は集積回路で実施されるハードコードされたロジックであることができる。表示システム１０は、カラー画素空間光変調器（ＳＬＭ）１６を照明する光源１４を備える。光源１４は、水銀灯又はキセノン灯等の高圧アーク光源を含むことができるか、又は１つ若しくは複数の半導体ＬＥＤ若しくは有機ＬＥＤを含む固体装置を含むことができる。別法として、光源１４は１つ又は複数のレーザ光源を含むことができる。光源１４は一般に、カラー画素ＳＬＭ１６上に投影されるときに放射度が一様であるように光を空間的に一様化する機構又は光学系を含む。カラー画素ＳＬＭ１６は、各画素が光源からの光を濾波又は他の様式でスペクトル変調して１つ又は複数の原色を提供できるように、アレイに形成される複数の個々の画素を有する。この例では、個々の画素は、カラースキームが形成され、それによって近傍画素が相補的な原色を提供するようにカラー画素ＳＬＭ１６上に空間的に分布する。別の例では、個々の画素には、個々の画素がどのように制御されるかによって色が割り当てられる。
【０００９】
カラー画素ＳＬＭ１６から出る光は、ウォビュレーションデバイス１８によって制御されてから、観察面２０上に伝達又は投影される。ウォビュレーションデバイス１８は画像処理回路１２によって制御されて、ウォビュレーション制御回路を作成する。画像処理ユニット１２は、受け取った画像データ１１の１つ又は複数のフレームを観察面２０上に配置するとともに、光源１４、カラー画素ＳＬＭ１６、及びウォビュレーションデバイス１８を制御する。ウォビュレーションデバイス１８は、カラー画素ＳＬＭ１６からの画像又は画素アレイを１つ又は複数の方向に全増分又は部分（１／２画素等）増分のいずれかで空間的にシフトさせて、カラー画素ＳＬＭ１６の個々の画素を観察面２０上で完全に又は部分的に重ねられるようにする。
【００１０】
カラー画素ＳＬＭ１６は、個々の各画素要素が光源１４から受け取った光を空間的に変調し、少なくとも１つの、おそらく２つ以上の狭帯域光を作り出すことを特徴とする。例示的な１つの変調器は、２００３年４月３０日に出願され、参照により本明細書に援用される米国特許第１０／４２８,２６１号に見出されるもの等の干渉変調器である。別のカラー画素ＳＬＭ変調器は、カラースキームがＳＬＭアレイにわたって規定されるカラーフィルタを組み込むＬＣＤパネルである。このようなＬＣＤパネルは、当業者に既知のいくつかの供給業者から入手可能である。別のカラー画素ＳＬＭ変調器は、当業者に既知のいくつかの供給業者から入手可能な液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）である。本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，７４７,７８５号に記載されるもの等の回折ベースの変調器をカラー画素ＳＬＭ１６として使用してもよい。別法として、ＬＥＤ又はレーザダイオードのアレイを使用するもの等の能動カラー画素ＳＬＭを使用することができる。この実施形態では、光源１４及びカラー画素ＳＬＭ１６が組み合わせられて、能動カラー画素ＳＬＭが形成される。
【００１１】
「画素生成器」１５は、光源１４とＳＬＭ１６とを機能的に組み合わせたものである。ウォビュレーションデバイス１８の働きがない場合、画素生成器１５は、画素アレイ（カラー光点）を観察面２０上に生成する。アレイ画素は、同時に表示される２つ以上の原色を有する画素を含み、繰り返しパターンを有する。このような繰り返しパターンの例は、図２〜図１９に関連しての考察において明らかになろう。一例では、繰り返しパターンは特定の方向に続く赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤、緑、青等であり得る。ウォビュレーションデバイス１８の働きがない場合、画素生成器は、各画素位置に原色をすべて生成することはできず、したがって各原色は「空乏パターン」、すなわち観察面２０を完全には被覆しない画素パターンを有する。この一例では、赤が観察面２０の面積の略３分の１のみ被覆する。これにより、深刻な「網戸（スクリーンドア）」効果を発生させる恐れがあるとともに、その原色については画素アレイ全体の面積解像度の１／３しか提供しない。ウォビュレーションデバイス１８は、各原色が観察面２０をより有効に被覆するか、又は観察面２０上の位置をより有効にアドレス指定することができるように、フレーム期間等の表示期間中に画素を変位させる。
【００１２】
ウォビュレーションデバイス１８は、映写レンズ内の１つ又は複数の光学シフト素子で形成するか、又は調整可能な反射素子として形成することができる。別法として、ウォビュレーションデバイス１８は、回転可能、傾斜する、又は移動可能な鏡面等の反射構成部品であることができる。一般に、ウォビュレーションデバイスは、カラー画素ＳＬＭ１６から投影される画像の光路を移動又は湾曲させてウォブリング光学系を作成することができる任意の構成部品であってもよい。別のウォビュレーションデバイスは、カラー画素ＳＬＭ１６を保持して、投影される画像ではなくカラー画素ＳＬＭ１６を１つ又は複数の方向に物理的にシフトする機械的なシフタである。カラー画素ＳＬＭ１６が物理的にシフトされる場合、光源１４は、このような移動を考慮して、カラー画素ＳＬＭ１６上の画素アレイをわずかに過剰充填するように設計する必要がある場合がある。いくつかの異なる形態のウォビュレーションデバイスが、２００２年９月１１日に出願され、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００４−００２７３１３号、出願番号第１０／２４２，５４５号に図示及び説明されており、これを参照により本明細書に援用する。
【００１３】
観察面２０は、いくつかの異なる種類及び技術のうちの１つであってもよい。たとえば、観察面２０は、前方投影画面、後方投影画面、ビデオ画面、又は壁若しくは紙等の適当な反射面若しくは透過面であってもよい。
【００１４】
図２はカラー画素ＳＬＭ１６Ａの一部の例示的な図であり、画素要素２２、２４、及び２６が、画素アレイにわたって繰り返される三角形状に配置されるカラースキームに空間的に分布する。この例では、第１の画素要素２２は赤（Ｒ）画素原色を規定し、第２の画素要素２４は緑（Ｇ）画素原色を規定し、第３の画素要素２６は青（Ｂ）画素原色を規定する。各画素をオフにすると、黒（Ｋ）状態にすることができる。種々の強度レベルの色を、パルス幅変調等によって画素がオン状態又はオフ状態にある時間量を変更することによって提供することができる。
【００１５】
ウォビュレーションデバイス１８がない場合、カラー画素ＳＬＭ１６Ａは、図２に示すパターンにおおよそ一致する画素パターンをスクリーン上に生成する。見られるように、各原色は全面積範囲の約１／３に（且つ画素位置境界に対する各画素のサイズに応じてわずかに、又はそれ以上に）空乏する。
【００１６】
図３は、画素要素が観察面２０に投影される際の画素要素の移動の例示的な図である。たとえば、第１の画素要素２２は、画像フレーム期間の一部中、観察面２０上の第１の位置３０にある第１の画素位置に表示される。フレーム期間が１／６０秒の場合、第１の位置３０は、第１の画素要素２２によっておよそ１／１８０秒間占有される。画像フレーム期間の次の部分中に、第１の画素要素２２は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面２０上の第２の画素位置である第２の位置３２を占有するようにシフトされる。この位置を約１／１８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素２２を観察面２０上の第３の画素位置３４にシフトする。この位置を約１／１８０秒保持してから、ウォビュレーション制御回路１８によって再び第１の位置３０にシフトされる。観察面上の知覚画素の強度は、第１の画素要素２２が観察面上の特定の画素位置を占有している間に、第１の画素要素２２が実際に有効化されるか、又は作動する時間量を調整することによって制御することができる。たとえば、第１の画素要素２２は、第１の位置３０に配置されている間、５０％のデューティサイクルを有して最高強度の半分の強度を有するようにパルス幅変調することができる。８ビットの色深度を有するには、第１の画素要素２２は、６０フレーム／秒（ｆｐｓ）のビデオの場合、１／１８０秒の１／２５６、すなわち１／４６,０８０秒（約２１マイクロ秒）のオフ／オン状態を有するように制御可能である必要がある。
【００１７】
いくつかの実施形態では、画素を制御するデータのビット深度が望むほど大きくないような実施形態では、画素要素の空間的且つ／又は時間的なディザリングを使用して画質を向上させることができる。別法として、画素要素を所定位置にシフトした後に単に静止して固定するのではなく、ジッタ又は回転させることができる。別の実施形態では、画素要素を、さらに異なる位置間の位置に基づいて常時変調することができる。
【００１８】
図３に関連して示し考察した画素要素の変位を利用することにより、実質的に観察面積の全面積範囲が各原色に提供される。換言すれば、赤、緑、及び青をそれぞれ表示する各画素要素２２、２４、及び２６は、観察スクリーン上の複数の画素位置をアドレス指定して、原色空乏を低減するか、又はなくすことができる。
【００１９】
図４は、単一の画像フレーム期間中に完全なオンの白色画素を生成する際の、観察面上の各知覚画素のタイミングを示す例示的なタイミング図である。もちろん、変調器画素を指定された色と黒との間で変調して、可能な多くの色の知覚画素を生成することができる。第１のサブ期間３６中、知覚画素位置には、その画素位置に投影される第１の画素２２等の赤色画素がある。第１の画素２２をこのサブ期間３６中に適切に変調して所望の強度を実現することができる。第２のサブ期間３８中、第２の画素要素２４である緑色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。ここでも、このサブ期間３８中、第２の画素要素２４を適切に変調して、所望の緑色強度レベルを提供することができる。第３のサブ期間４０中、第３の画素要素２６である青色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第３の画素要素２６を適切に変調し、その色をオン又はオフ（すなわち、オフは黒状態）にすることによって所望の青色強度レベルを実現することができる。
【００２０】
画素アレイの変位を利用することにより、観察面上の位置に、３つすべての原色でより完全にアドレス指定することができる。これは、特定の単一の知覚画素位置にたとえば赤又は黒しか表示することができないという傾向をなくす。図４に関連して考察した例では、白色画素が、３つすべての原色が特定の画素位置で順番に適切に有効化されたときに知覚される。
【００２１】
図５は、隣接画素のうちの少なくとも１つが２つの非黒の原色の作成をサポートすることができる隣接画素手法を使用してカラーを提供する、カラー画素ＳＬＭ１６Ｂの代替のカラースキームを示す例示的な画素要素レイアウトである。たとえば、第１の画素要素４２は赤（Ｒ）状態又は黒（Ｋ）状態を作成することができ、第２の画素要素４４は緑（Ｇ）状態、青（Ｂ）状態、又は黒（Ｋ）状態を生成することができる。
【００２２】
図６は、図５のカラー画素ＳＬＭ１６Ｂの場合の、画素要素が観察面２０に投影される際の画素要素の移動の例示的な図である。たとえば、第１の画素要素４２は、画像フレーム期間の一部中に観察面２０上の第１の位置４６にある第１の画素位置に表示される。一例（図７参照）では、フレーム期間が１／６０秒の場合、第１の位置４６は、第１の画素要素４２によって約１／１２０秒間占有される。画像フレーム期間の次の部分中、第１の画素要素４２は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面２０上の第２の画素位置である第２の位置４８を占有するようにシフトされる。この位置を約１／１２０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素４２を再び観察面２０上の第１の画素位置４６にシフトする。観察面上の知覚画素の強度は、第１の画素要素４２が観察面上の特定の画素位置を占有している間に第１の画素要素４２が実際に有効化される時間量を調整することによって制御することができる。たとえば、第１の画素要素４２は、第１の位置４６に配置されている間に最高強度の１／４を有するように２５％のディーティサイクルでパルス幅変調することができる。８ビットの色深度を有するには、第１の画素要素４２は、６０ｆｐｓのビデオの場合、１／１２０秒の１／２５６、すなわち１／３０，７２０秒（約３２マイクロ秒）のオフ／オン状態を有するように制御可能である必要がある。
【００２３】
第２の画素要素４４の場合、第１の位置４６又は第２の位置４８のいずれかに保持されている１／１２０秒の間隔中に２つの原色を生成することから、完全な白色知覚画素に等しいビットの色深度をサポートするために、赤色１つのみをサポートする第１の要素４２の２倍の速度で動作する。したがって、第２の画素要素４４は、サブ期間間隔の最初の１／２４０秒間に緑色を表示し、サブ期間間隔の次の１／２４０秒間に青色を表示することができる。
【００２４】
たとえば、図７は、この実施形態の場合の、単一の画像フレーム期間中での観察面２０上の各知覚画素の例示的なタイミング図を示す。第１のサブ期間５０中、知覚画素位置には、その画素位置に投影される第１の画素４２等の赤色画素がある。第１の画素４２を、この第１のサブ期間５０中に適切に変調して、所望の強度を実現することができる。第２のサブ期間５２中、第２の画素要素４４は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる緑色画素を作成する。ここでも、この第２のサブ期間５２中、第２の画素要素４４を適切に変調して、所望の緑色強度レベルを提供することができる。第３のサブ期間５４中、第２の画素要素４４は、観察面２０の知覚画素位置に青色画素を作成する。第２の画素要素４４を適切に変調して、その色をオン又はオフにすることによって所望の青色強度レベルを提供することができる。
【００２５】
図７に示すウォビュレーションシフトのタイミングは、高圧水銀灯アーク光源等の赤が不足した光源との併用に特に有用である。このように赤期間のタイミングを増大することで、全輝度を犠牲にして光源からより多くの赤色光を観察面に配置することができる。
【００２６】
別法として、色域と輝度とのバランスをとりたい場合、図８に示す白色画素を組み込むカラースキームを使用することができる。図８は、原色要素と共に少なくとも１つの白色画素を有するカラー画素化ＳＬＭ１６Ｃ内の画素要素アレイの部分図である。たとえば、カラー画素化ＳＬＭ１６Ｃは、黒（Ｋ）又は青色を生成可能な第１の画素要素６０、黒又は赤色を生成可能な第２の画素要素６２、黒又は白色（Ｗ）光（濾波されていない光等）を生成可能な第３の画素要素６４、及び黒又は緑色を生成可能な第４の画素要素６６を有する。
【００２７】
図９は、画素要素が観察面２０に投影される際のカラー画素化ＳＬＭ１６Ｃの画素要素の移動の例示的な図である。たとえば、第１の画素要素６０は、画像フレーム期間の一部中、観察面２０上の第１の位置７０にある第１の画素位置に表示される。フレーム期間が１／６０秒の場合、第１の位置７０は、第１の画素要素６０によって約１／２４０秒間占有される。画像フレーム期間の次の部分中に、第１の画素要素６０は、ウォビュレーション制御回路１８によって、観察面２０上の第２の画素位置である第２の位置７２を占有するようにシフトされる。この位置を約１／２４０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素６０を観察面２０上の第３の画素位置７４にシフトする。この位置を約１／２４０秒保持してから、ウォビュレーション制御回路１８によって第４の画素位置７６にシフトされる。この位置を約１／２４０秒保持してから、ウォビュレーション制御回路１８によって再び第１の画素位置７０にシフトされる。観察面上の知覚画素の強度は、第１の画素要素６０が観察面上の特定の画素位置を占有している間に、第１の画素要素６０が実際に有効化される時間量を調整することによって各位置で制御することができる。たとえば、第１の画素要素６０は、第１の位置７０に配置されている間、７５％のデューティサイクルを有して最高強度の３／４の強度を有するようにパルス幅変調することができる。８ビットの色深度を有するには、第１の画素要素６０は、６０ｆｐｓのビデオの場合、１／２４０秒の１／２５６、すなわち１／６１,４４０秒（約１６マイクロ秒）のオフ／オン状態を有するように制御可能である必要がある。
【００２８】
図１０は、単一の画像フレーム期間中の、観察面２０上での各知覚画素のタイミングを示す例示的なタイミング図である。第１のサブ期間８０中、知覚画素位置には、その画素位置に投影される第１の画素６０等の青色画素がある。第１の画素６０を、この第１のサブ期間８０中に適切に変調して、所望の強度を実現することができる。第２のサブ期間８２中、第２の画素要素６２である赤色画素は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。ここでも、この第２のサブ期間８２中、第２の画素要素６２を適切に変調して、所望の赤色強度レベルを提供することができる。第３のサブ期間８４中、第３の画素要素６４である白色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第３の画素要素６４を適切に変調して、その画素をオン又はオフにすることによって所望の白色強度レベルを提供することができる。最後に、第４のサブ期間８６中、第４の画素要素６６である緑色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第４の画素要素６６を適切に変調して、その画素をオン又はオフにすることによって所望の緑色レベルを提供することができる。次いで、次の画像フレーム期間中、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素を観察面２０上の知覚画素位置にシフト又は調整する。
【００２９】
別法として、別の実施形態では、色域を、３原色よりも多くを含むことによって増大させることができる。たとえば、図１１はカラー画素ＳＬＭ１６Ｄの一部の例示的な図であり、画素要素９０、９２、及び９４が、画素アレイにわたって繰り返される三角形状に配置されるカラースキームに空間的に分布する。この例では、第１の画素要素９０は赤画素原色を規定し、第２の画素要素９２は黄（Ｙ）及び緑両方の画素原色を規定し、第３の画素要素９４はシアン（Ｃ）及び青両方の画素原色を規定する。
【００３０】
図１２は、画素要素が観察面２０に投影される際の画素要素の移動の例示的な図である。たとえば、第１の画素要素９０は、画像フレーム期間の一部中、観察面２０上の第１の位置９６にある第１の画素位置に表示される。フレーム期間が１／６０秒の場合、第１の位置９６は、第１の画素要素９０によって約１／１８０秒間占有される。画像フレーム期間の次の部分中に、第１の画素要素９０は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面２０上の第２の画素位置である第２の位置９７を占有するようにシフトされる。この位置を約１／１８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素９０を観察面２０上の第３の画素位置９８にシフトする。この位置を約１／１８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８によって再び第１の位置９６にシフトされる。観察面上の知覚画素の強度は、第１の画素要素９０が観察面上の特定の画素位置を占有している間に、第１の画素要素９０が実際に有効化される時間量を調整することによって制御することができる。たとえば、第１の画素要素９０は、第１の位置９６に配置されている間、１０％のデューティサイクルを有して最高強度の１／１０の強度を有するようにパルス幅変調することができる。８ビットの色深度を有するには、第１の画素要素９０は、６０ｆｐｓのビデオの場合、１／１８０秒の１／２５６、すなわち１／４６,０８０秒（約２１マイクロ秒）のオフ／オン状態を有するように制御可能である必要がある。第２の画素要素９２及び第３の画素要素９４は、それぞれ２色を制御することから、第１の画素要素９６の２倍の速度で動作する必要があるか、又は別法として、より低い色深度をサポートしてもよい。
【００３１】
図１３は、単一の画像フレーム期間中での観察面上の各知覚画素のタイミングを示す例示的なタイミング図である。第１のサブ期間１００中、知覚画素位置には、その画素位置に投影される第１の画素９０等の赤色画素がある。第１の画素９０をこのサブ期間１００中に適切に変調して、所望の強度を実現することができる。第２のサブ期間１０１中、第２の画素要素９２は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。ここでも、このサブ期間１０１中、第２の画素要素９２を適切に変調して所望の黄色強度を提供してから、第３のサブ期間１０２中に光をスペクトル的且つ強度的に変調して、緑色光を作成することができる。第４のサブ期間１０３中、第３の画素要素９４は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第３の画素要素９４を適切に変調して所望のシアン強度を提供してから、第５のサブ期間１０４中に光をスペクトル的且つ強度的に変調して、青色光を作成することができる。
【００３２】
カラーウォビュレーションに加えて、ウォビュレーション制御回路１６を使用して、図１５に示す観察面２０上の画素要素位置を移動することによって観察面２０の画素位置に画素要素をシフト又は他の様式で配置することにより、観察面２０上の知覚画像の知覚解像度を上げることもできる。したがって、ウォビュレーション制御回路１８によって非整数シフトを可能にすることにより、本発明の実施形態を使用してカラー及び画像解像度両方のウォビュレーションを実現することができる。
【００３３】
図１４は、図８に示すような原色要素と共に少なくとも１つの白色画素要素を有するカラー画素化ＳＬＭ１６Ｅ内の画素要素アレイの部分図である。たとえば、カラー画素化ＳＬＭ１６Ｅは、黒（Ｋ）又は青色を生成可能な第１の画素要素６０、黒又は赤色を生成可能な第２の画素要素６２、黒又は白色光（濾波されていない光等）を生成可能な第３の画素要素６４、及び黒又は緑色を生成可能な第４の画素要素６６を有する。
【００３４】
図１５は、画素要素が観察面２０上に投影される際のカラー画素化ＳＬＭ１６Ｅの画素要素の移動の例示的な図である。たとえば、第１の画素要素６０は、画像フレーム期間の一部中、観察面２０上の第１の位置１２０にある第１の画素位置に表示される。フレーム期間が１／６０秒の場合、第１の位置１２０は、第１の画素要素６０によって約１／４８０秒間占有される。画像フレーム期間の次の部分中に、第１の画素要素６０は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面２０上の第２の画素位置である第２の位置１２２を占有するようにシフトされる。この位置を約１／４８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素６０を観察面２０上の第３の画素位置１２４にシフトする。この位置を約１／４８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素６０を観察面２０上の第４の画素位置１２６にシフトする。この位置を約１／４８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素６０を観察面２０上の第５の画素位置１２８にシフトする。この位置を約１／４８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素６０を観察面２０上の第６の画素位置１３０にシフトする。この位置を約１／４８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素６０を観察面２０上の第７の画素位置１３２にシフトする。この位置を約１／４８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素６０を観察面２０上の第８の画素位置１３４にシフトし、この位置も約１／４８０秒間保持してから、再び第１の位置１２０にシフトされる。観察面上の知覚画素の強度は、各位置において、第１の画素要素６０が観察面上の特定の画素位置を占有している間に、第１の画素要素６０が実際に有効化される時間量を調整することによって制御することができる。たとえば、第１の画素要素６０は、第１の位置１２０に配置されている間、７５％のデューティサイクルを有して最高強度の３／４の強度を有するようにパルス幅変調することができる。８ビットの色深度を有するには、第１の画素要素６０は、６０ｆｐｓのビデオの場合、１／４８０秒の１／２５６、すなわち１／１２０,８８０秒（約８マイクロ秒）のオフ／オン状態を有するように制御可能である必要がある。
【００３５】
図１６は、単一の画像フレーム期間中の観察面２０上の第１の位置及び観察面２０上の第２の（隣接する）オフセット画素位置にある各知覚画素の各タイミングを示す例示的なタイミング図である。第１のサブ期間１４０中、第１の画素位置には、その画素位置に投影される第２の画素６２等の赤色画素がある。第２の画素６２を、このサブ期間１４０中に適切に変調して所望の強度を実現することができる。第２のサブ期間１４２中、第１の画素要素６０である青色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の第１の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。ここでも、このサブ期間１４２中、第１の画素要素６０を適切に変調して所望の青色強度レベルを提供することができる。第３のサブ期間１４４中、第１の画素要素６０である青色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上のオフセット画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第１の画素要素６０を適切に変調して、その画素をオン又はオフにすることによって所望の青色強度レベルを提供することができる。第４のサブ期間１４６中、第４の画素要素６６である緑色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の第１の画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第４の画素要素６６を適切に変調して、その画素をオン又はオフにすることによって所望の緑色レベルを提供することができる。次いで、ウォビュレーション制御回路１８は、第５のサブ期間１５０中、第４の画素要素６６を観察面２０上のオフセット画素位置にシフト又は調整する。ここでも、このサブ期間１５０中、第４の画素要素６６を適切に変調して所望の緑色強度レベルを提供することができる。第６のサブ期間１５２中、第３の画素要素６４である白色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上のオフセット画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第３の画素要素６４を適切に変調して、画素をオン又はオフにすることによって所望の白色強度レベルを提供することができる。第７のサブ期間１５４中、第３の画素要素６４である白色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の第１の画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第３の画素要素６４を適切に変調して、画素をオン又はオフにすることによって所望の白色レベルを提供することができる。次いで、ウォビュレーション制御回路１８は、第８のサブ期間１５６中、第２の画素要素６２を観察面２０上のオフセット画素位置にシフト又は調整する。第２の画素要素６２を適切に変調して、画素をオン又はオフにすることによって所望の赤色強度レベルを提供することができる。次のフレーム期間の第１のサブ期間１４０中、第２の画素要素６２である赤色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の第１の画素位置に再び配置又は他の様式でシフトされる。
【００３６】
前の例では、変調器画素カラーパターン及びウォビュレーションシフト順パターンを同様のものとして示したが、矩形パターンに分布した変調器画素及び三角形のウォビュレーションシフト順を有することが可能である。この組み合わせでもやはり、画素カラーの全面積範囲が可能である。図１７〜図１９はこのような実施形態を示す。
【００３７】
図１７は、画素要素１６０、１６２、及び１６４が、画素アレイにわたって繰り返される矩形状に配置されるカラースキームで空間的に分布するカラー画素ＳＬＭ１６Ｆの一部の例示的な図である。この例では、第１の画素要素１６０は赤画素原色を規定し、第２の画素要素１６２は緑画素原色を規定し、第３の画素要素１６４は青画素原色を規定する。
【００３８】
ウォビュレーションデバイス１８がない場合、カラー画素ＳＬＭ１６Ｆは、図１７に示すパターンにおおよそ一致する画素パターンをスクリーン上に生成する。見られるように、各原色は全面積範囲の約１／３に空乏する。
【００３９】
図１８は、画素要素が観察面２０に投影される際の画素要素の移動の例示的な図である。たとえば、第１の画素要素１６０は、画像フレーム期間の一部中、観察面２０上の第１の位置１６６にある第１の画素位置に表示される。フレーム期間が１／６０秒の場合、第１の位置１６６は、第１の画素要素１６０によっておよそ１／１８０秒間占有される。画像フレーム期間の次の部分中に、第１の画素要素１６０は、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面２０上の第２の画素位置である第２の位置１６８を占有するようにシフトされる。この位置を約１／１８０秒間保持してから、ウォビュレーション制御回路１８は第１の画素要素１６０を観察面２０上の第３の画素位置１７０にシフトする。この位置を約１／１８０秒保持してから、ウォビュレーション制御回路１８によって再び第１の位置１６６にシフトされる。観察面上の知覚画素の強度は、第１の画素要素１６０が観察面上の特定の画素位置を占有している間に、第１の画素要素１６０が実際に有効化されるか、又は作動する時間量を調整することによって制御することができる。たとえば、第１の画素要素１６０は、第１の位置１６６に配置されている間、５０％のデューティサイクルを有して最高強度の半分の強度を有するようにパルス幅変調することができる。８ビットの色深度を有するには、第１の画素要素１６０は、６０フレーム／秒（ｆｐｓ）のビデオの場合、１／１８０秒の１／２５６、すなわち１／４６,０８０秒（約２１マイクロ秒）のオフ／オン状態を有するように制御可能である必要がある。
【００４０】
図１８に関連して示し考察した画素要素の変位を利用することにより、実質的に観察面積の全面積範囲が各原色に提供される。換言すれば、赤、緑、及び青をそれぞれ表示する各画素要素１６０、１６２、及び１６４は、観察スクリーン上の複数の画素位置をアドレス指定して、原色空乏を低減するか、又はなくすことができる。
【００４１】
図１９は、単一の画像フレーム期間中に完全なオンの白色画素を生成する際の、観察面上の各知覚画素のタイミングを示す例示的なタイミング図である。もちろん、変調器画素を指定された色及び黒に変調して、可能な多くの色の知覚画素を生成することができる。第１のサブ期間１７２中、知覚画素位置には、その画素位置に投影される第１の画素１６０等の赤色画素がある。第１の画素１６０をこのサブ期間１７２中に適切に変調して所望の強度を実現することができる。第２のサブ期間１７４中、第２の画素要素１６２である緑色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。ここでも、このサブ期間１７４中、第２の画素要素１６２を適切に変調して、所望の緑色強度レベルを提供することができる。第３のサブ期間１７６中、第３の画素要素１６４である青色画素が、ウォビュレーション制御回路１８によって観察面上の知覚画素位置に配置又は他の様式でシフトされる。第３の画素要素１６４を適切に変調し、その色をオン又はオフ（すなわち、オフは黒状態）にすることによって所望の青色強度レベルを提供することができる。
【００４２】
画素アレイの変位を利用することにより、矩形配列パターンを利用しても、依然として観察面上の位置に３つすべての原色でより完全にアドレス指定することができる。これは、特定の単一の知覚画素位置でたとえば赤又は黒しか表示することができないという傾向をなくす。図１８に関連して考察した例では、白色画素が、３つすべての原色が特定の画素位置で順番に適切に有効化されたときに知覚される。
【００４３】
本発明について上記好ましい実施形態及び代替の実施形態を参照しつつ具体的に図示し説明したが、添付の特許請求の範囲において規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変形を行うことができることが当業者は理解しよう。本発明のこの説明は、本明細書において述べた要素の新規の組み合わせ及び自明でない組み合わせをすべて包含するものと理解されるべきであり、特許請求の範囲は、本願又は後続出願においてこれらの要素のあらゆる新規の組み合わせ及び自明でない組み合わせに対して提示することができる。上記実施形態は例示的なものであり、単一の特徴又は要素は、本願又は後続出願において請求できる考えうるすべての組み合わせにとって必須というものではない。ある請求項において、均等物について要素又は「第１の」要素と記される場合、このような請求項は、２つ以上のこのような要素を要求せず、且つ除外もせず、１つ又は複数のこのような要素の組み込みを包含するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による表示システムの例示的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態において使用される三角形ベースのカラースキームを示す空間光変調器の例示的な部分図である。
【図３】本発明の一実施形態においける三角形ウォビュレーションシフトパターンの例示的な図である。
【図４】本発明の一実施形態において使用される観察面上の１画素位置のフレーム期間の例示的なタイミング図である。
【図５】本発明の一実施形態において使用される隣接近傍ベースのカラースキームを示す空間光変調器の例示的な部分図である。
【図６】本発明の一実施形態における隣接近傍ウォビュレーションシフトパターンの例示的な図である。
【図７】本発明の一実施形態において使用される観察面上の１画素位置のフレーム期間の例示的なタイミング図である。
【図８】本発明の一実施形態において使用される矩形ベースのカラースキームを示す空間光変調器の例示的な部分図である。
【図９】本発明の一実施形態における矩形ウォビュレーションシフトパターンの例示的な図である。
【図１０】本発明の一実施形態において使用される観察面上の１画素位置のフレーム期間の例示的なタイミング図である。
【図１１】本発明の一実施形態において使用される代替の三角形ベースのカラースキームを示す空間光変調器の例示的な部分図である。
【図１２】本発明の一実施形態における代替の三角形ウォビュレーションシフトパターンの例示的な図である。
【図１３】本発明の一実施形態において使用される観察面上の１画素位置のフレーム期間の例示的なタイミング図である。
【図１４】本発明の一実施形態において使用される、解像度を上げた代替の矩形ベースのカラースキームを示す空間光変調器の例示的な部分図である。
【図１５】本発明の一実施形態における、解像度を上げた代替の矩形ウォビュレーションシフトパターンの例示的な図である。
【図１６】本発明の一実施形態において使用される観察面上の１画素位置のフレーム期間の例示的なタイミング図である。
【図１７】本発明の一実施形態において使用される代替の矩形ベースのカラースキームを示す空間光変調器の例示的な部分図である。
【図１８】本発明の一実施形態における代替の三角形ウォビュレーションシフトパターンの例示的な図である。
【図１９】本発明の一実施形態において使用される観察面上の１画素位置のフレーム期間の例示的なタイミング図である。
【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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【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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【国際調査報告】
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