(57)【要約】  それぞれ、マイクロ・ディスプレイ・デバイス、いくつかの光学部品、赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、各色毎の光センサ素子、パワー・ドライブ及びインターフェイス電子回路から構成されるマイクロ・プロジェクタのアレイを利用した、背面投射アレイ・システムを用いる薄型大画面ディスプレイ。複数のマイクロ・プロジェクタがグリッドの頂点に沿ったアレイとして配列され、マイクロ・プロジェクタ・アレイの集合的投射出力ピクセル（部分映像）から構成される均一でシームレスな映像を共同で投射する。アレイ・コントローラが、アレイの各マイクロ・プロジェクタに組み込まれた光センサによって生じる出力信号を処理し、アレイの各マイクロ・プロジェクタ毎にピクセル・グレースケール入力及び光源制御信号を発生して、アレイ全体にわたって均一な輝度及び色度（カラーポイント）を維持する。単一映像表示を形成するための部分映像境界の漸減及び拡散を含めて、さまざまな特徴が開示される。
2008538681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を表示するための背面投射ディスプレイ装置であって、
投射スクリーンと、
より大きい映像を形成するために、それぞれが、タイリングされる部分映像を前記投射スクリーンに投射する、２次元アレイとなるように配列された複数のマイクロ・プロジェクタと、
映像データを受信し、前記背面投射映像が形成されるように、位置と角度に関して補正され、前記部分映像のシームレスなタイリングを施すためのスケーリングが施されたそれぞれの部分映像データを、各マイクロ・プロジェクタに供給するように結合されたアレイ・コントローラと
を含む装置。
【請求項２】
前記アレイ・コントローラが、隣接するマイクロ・プロジェクタに供給される部分映像データとオーバラップする部分映像データを含む部分映像データを各マイクロ・プロジェクタに供給し、前記マイクロ・プロジェクタが、隣接する部分映像とオーバラップするそれぞれの部分映像を投射するように構成され、前記アレイ・コントローラが、前記オーバラップ領域内の個々の部分映像の明るさを制御し、前記部分映像の非オーバラップ領域の明るさに基づいて、前記オーバラップ領域を組み合わせられた明るさとするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アレイ・コントローラが、非オーバラップ・ピクセルに隣接する最大値からオーバラップ・ピクセルのエッジにおける最小値までの範囲にわたって、各部分映像の前記オーバラップ領域のピクセルの明るさを低下させることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記アレイ・コントローラが、前記アレイの第１の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用し、その後、前記アレイの第２の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用することによって、各部分映像のオーバラップ領域内にあるピクセルの明るさを低下させることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記オーバラップ領域内の各部分映像のピクセルの明るさが、前記投射スクリーン上のそれぞれのピクセルが照明される相対持続時間を制御することによって制御されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記アレイ・コントローラが、表示映像のグレースケールのダイナミック・レンジの最低レベルを、各マイクロ・プロジェクタの残留光漏洩の少なくとも４倍に相当する値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
さらに、前記マイクロ・プロジェクタと前記投射スクリーンの間にセパレータが含まれ、前記セパレータが、それぞれのマイクロ・プロジェクタが照射する投射スクリーンの各領域の輪郭を描くことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
各マイクロ・プロジェクタが、
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源からの光をコリメートするために配置された光コリメーション光学素子と、
前記アレイ・コントローラに結合され、前記ＬＥＤ光源からの光を検知するように配置された光センサと、
前記光コリメーション光源からの光によって照明されるように配置されたマイクロ・ディスプレイ・デバイスと、
前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスからの映像をそれぞれの部分映像として前記投射スクリーンに投射するように配置された投射光学素子とが含まれ、
前記アレイ・コントローラが、前記光センサの出力に応答して、各部分映像の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記光コリメーション光学素子に光インテグレータと光路光学素子が含まれることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光センサが前記光インテグレータに光学的に結合されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ素子は、赤色光、緑色光、青色光の色を発することが可能なＬＥＤ素子を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記背面投射映像がビデオ映像であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記アレイ・コントローラが前記ＬＥＤ素子の色のそれぞれのオン／オフ状態を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
光センサが前記ＬＥＤ光源からの光の各色を検知するように配置され、前記アレイ・コントローラが、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記アレイ・コントローラが、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを、そのピクセルについてその色が投射スクリーンに投射される持続時間を調整することによって制御するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記アレイ・コントローラが、前記それぞれのマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ光源の色の明るさを調整することによって、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスに複数の反射ピクセルが含まれることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１８】
前記アレイ・コントローラが、前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスのオン／オフ状態を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
映像を表示するための背面投射ディスプレイ装置であって、
投射スクリーンと、
より大きい映像を形成するために、それぞれが、部分映像が隣接する部分映像にオーバラップし、共にタイリングされて、それぞれの前記部分映像を前記投射スクリーンに投射する、２次元アレイとなるように配列された複数のマイクロ・プロジェクタと、
映像データを受信し、前記部分映像のオーバラップ領域にエッジ相補漸減を施して、それぞれの部分映像データを各マイクロ・プロジェクタに供給するように結合されたアレイ・コントローラと
を含む装置。
【請求項２０】
前記アレイ・コントローラが、前記アレイの第１の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用し、その後、前記アレイの第２の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用することによって、各部分映像のオーバラップ領域内にあるピクセルの明るさを低下させることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記アレイ・コントローラが、表示映像のグレースケールのダイナミック・レンジの最低レベルを、前記マイクロ・プロジェクタの残留光漏洩の少なくとも４倍に相当する値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
さらに、各マイクロ・プロジェクタが、光学的に結合された光センサを含み、前記アレイ・コントローラが、前記センサーの出力に応答して、各マイクロ・プロジェクタを制御し、前記部分映像のそれぞれにおける光強度を均一にすることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記アレイ・コントローラが、前記部分映像のシームレスなタイリングによって、前記背面投射映像が形成されるように、位置と角度について部分映像データを補正し、スケーリングを施すように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記オーバラップ領域における各部分映像のピクセルの明るさが、前記投射スクリーン上の前記それぞれのピクセルが照明される相対的持続時間を制御することによって制御されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
さらに、前記マイクロ・プロジェクタと前記投射スクリーンの間にセパレータを含み、前記セパレータが、それぞれのマイクロ・プロジェクタが照射する前記投射スクリーンの各領域の輪郭を描くことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
各マイクロ・プロジェクタが、
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源からの光をコリメートするために配置された光コリメーション光学素子と、
前記アレイ・コントローラに結合され、前記ＬＥＤ光源からの光を検知するように配置された光センサと、
前記光コリメーション光源からの光によって照明されるように配置されたマイクロ・ディスプレイ・デバイスと、
前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスからの映像をそれぞれの部分映像として前記投射スクリーンに投射するように配置された投射光学素子とを含み、
前記アレイ・コントローラが、前記光センサの出力に応答して、各部分映像の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする、
請求項１９に記載の装置。
【請求項２７】
前記光コリメーション光学素子が光インテグレータと光路光学素子を含むことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記光センサが前記光インテグレータに光学的に結合されていることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記ＬＥＤ素子は、赤色光、緑色光、青色光の色を発することが可能なＬＥＤ素子を含むことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記背面投射映像がビデオ映像であることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記アレイ・コントローラが前記ＬＥＤ素子の色のそれぞれのオン／オフ状態を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
光センサが前記ＬＥＤ光源からの光の各色を検知するように配置されており、前記アレイ・コントローラが、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記アレイ・コントローラが、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを、そのピクセルについてその色が投射スクリーンに投射される持続時間を調整することによって制御するように構成されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記アレイ・コントローラが、前記それぞれのマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ光源の色の明るさを調整することによって、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスに複数の反射ピクセルが含まれることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項３６】
前記アレイ・コントローラが、前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスのオン／オフ状態を制御するように構成されていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
カラービデオ映像を表示するための背面投射ディスプレイ装置であって、
背面と見るための正面とを備えた投射スクリーンと、
２次元アレイとなるように配列され、より大きい映像を形成するために、それぞれが、部分映像が隣接する部分映像にオーバラップし、共にタイリングされて、それぞれの前記部分映像を前記投射スクリーンの前記裏面に投射するようになっており、
赤色光、青色光、及び／または，緑色光を制御可能に発光することが可能なＬＥＤ光源、
前記ＬＥＤ光源からの光をコリメートするために配置された光コリメーション光学素子、
前記アレイ・コントローラに結合され、前記ＬＥＤ光源からの光を検知するように配置された光センサ、
前記光コリメーション光源からの光によって照明されるように配置され、オン時には、前記投射スクリーンのそれぞれのピクセルに対して光を制御可能に反射し、オフ時には、前記投射スクリーンに対して光を反射しないマイクロ・ディスプレイ・デバイス、
前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスからの映像をそれぞれの部分映像として前記投射スクリーンに投射するように配置された投射光学素子を備える、
複数のマイクロ・プロジェクタと、
ビデオ映像データを受信して、前記部分映像のオーバラップ領域にエッジ相補漸減を施し、前記部分映像のシームレスなタイリングによって、前記背面投射映像が形成されるように、位置と角度について補正し、スケーリングを施して、それぞれの部分映像データを各マイクロ・プロジェクタに供給するように結合されたアレイ・コントローラと
を含み、
前記アレイ・コントローラが、さらに、前記光センサの出力に応答して、前記背面投射映像の各部分映像における各色のグレースケール・レベルを維持することを特徴とする装置。
【請求項３８】
前記アレイ・コントローラが、部分映像の各ピクセルの各色毎にオン時間を変化させることによって、前記部分映像の各色のグレースケール・レベルを維持するように構成されていることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記アレイ・コントローラが、前記それぞれのマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ素子が発する前記それぞれの色の明るさを調整することによって、部分映像の各ピクセルにおける各色のグレースケール・レベルを維持するように構成されていることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記アレイ・コントローラが、前記複数のマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ素子が発する前記それぞれの色の明るさを調整することによって、各部分映像の各ピクセルにおける各色のグレースケール・レベルを維持するように構成されていることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
前記アレイ・コントローラが、所定のグレースケール・レベルからのわずかな偏差に関して、部分映像の各ピクセルの各色毎にオン時間を変化させることによって、前記所定のグレースケール・レベルからのより大きい偏差に関して、前記それぞれのマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ素子が発する前記それぞれの色の明るさを調整することによって、前記所定のグレースケール・レベルからのさらに大きい偏差に関して、全てのマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ素子が発する前記それぞれの色の明るさを調整することによって、前記部分映像の各色のグレースケール・レベルを維持するように構成されていることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４２】
背面投射映像を生成するための投射方法であって、
背面投射スクリーンを用意するステップと、
２次元アレイとなるように配列され、それぞれが、前記背面投射映像のそれぞれの部分を形成する部分映像を前記背面投射スクリーンに投射する複数のマイクロ・プロジェクタを用意するステップと、
映像データを受信し、部分映像データとして、前記映像データのそれぞれの部分を各マイクロ・プロジェクタと関連づけるステップと、
角度と位置について、各マイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データを補正し、前記部分映像のシームレスなタイリングによって、前記背面投射映像を形成させるように前記部分映像にスケーリングを施すステップと、
それぞれのマイクロ・プロジェクタによってそれぞれの補正部分映像データに対応する各部分映像を前記背面投射スクリーンに投射し、前記部分映像のシームレスなタイリングによって前記背面投射映像を形成するステップが含まれている、
方法。
【請求項４３】
各マイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データが、隣接するマイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データにオーバラップし、さらに、前記部分映像オーバラップ領域内のピクセルに漸減率を適用し、前記オーバラップ領域内の個々の部分映像の明るさを制御して、前記部分映像の非オーバラップ領域における明るさに基づいて、前記背面投射映像の前記オーバラップ領域において組み合わせられた明るさとするステップが含まれることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
各部分映像の前記オーバラップ領域におけるピクセルの明るさが、非オーバラップ・ピクセルに隣接した最大値からオーバラップ・ピクセルのエッジにおける最小値の範囲で制御されることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
各部分映像の前記オーバラップ領域におけるピクセルの明るさが、前記アレイの第１の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用し、その後、前記アレイの第２の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用することによって制御されることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
さらに、前記部分映像の明るさを制御して、前記背面投射映像に均一な明るさとするステップが含まれることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
部分映像の明るさが、それぞれのマイクロ・プロジェクタのデューティ・サイクルを制御することによって制御されることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
部分映像の明るさが、前記それぞれのマイクロ・プロジェクタにおけるそれぞれの投射光源の明るさを制御することによって制御されることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
カラー映像の背面投射方法であって、
背面投射スクリーンを用意するステップと、
それぞれが、前記カラー映像のそれぞれの部分を形成する部分映像を前記背面投射スクリーンに投射し、それぞれが、赤色、青色、及び／または、緑色光を制御可能に発生することが可能なＬＥＤ光源、前記ＬＥＤ光源によって照明されるように配置されて、オン時には、前記ＬＥＤ光源からの光を前記投射スクリーン上のそれぞれのピクセルに対して制御可能に反射し、オフ時には、前記投射スクリーンに対して光を反射しない複数の反射ピクセルを備えているマイクロ・ディスプレイ・デバイスを具備する、２次元アレイとなるように配列された複数のマイクロ・プロジェクタを用意するステップと、
映像データを受信し、部分映像データとして、前記映像データのそれぞれの部分を各マイクロ・プロジェクタに関連づけるステップと、
角度と位置について、各マイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データを補正し、前記カラー映像を形成するために、前記部分映像のシームレスなタイリングが可能なように前記部分映像データにスケーリングを施すステップと、
前記部分映像のシームレスなタイリングによって前記カラー映像を形成するために、それぞれのマイクロ・プロジェクタによってそれぞれの補正部分映像データに対応する各部分映像を前記背面投射スクリーンに投射するステップと
を含む方法。
【請求項５０】
さらに、投射される各部分映像の各色の明るさを制御して、前記背面投射映像に均一な明るさとするステップが含まれることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
投射される各部分映像における各色の明るさが、前記それぞれの部分映像における前記それぞれの色のデューティ・サイクルを調整することによって制御されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
投射される各部分映像における各色の明るさが、前記それぞれのＬＥＤ光源からの前記それぞれの色の明るさを制御することによって制御されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
各マイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データが、隣接するマイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データにオーバラップし、さらに、前記オーバラップ領域内の個々の部分映像の明るさを制御して、前記部分映像の非オーバラップ領域における明るさに基づいて、前記部分映像の前記オーバラップ領域に組み合わせられた明るさとするように、前記部分映像オーバラップ領域内のピクセルに漸減率を適用するステップが含まれることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
各部分映像の前記オーバラップ領域におけるピクセルの明るさが、非オーバラップ・ピクセルに隣接した最大値からオーバラップ・ピクセルのエッジにおける最小値の範囲で制御されることを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
各部分映像の前記オーバラップ領域におけるピクセルの明るさが、前記アレイの第１の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用し、その後、前記アレイの第２の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用することによって制御されることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型大画面ディジタル背面投射ディスプレイ装置を製造するための方法、装置、システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル高精細度（ＨＤ）ビデオ・テクノロジの出現によって、画面サイズの大きい（対角線サイズが５０”を超える画面）を備えたＨＤテレビジョンに対する驚異的な需要が喚起されている。プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含み、さらに、ディジタル・マイクロ・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）またはシリコン基板に載せた反射型液晶（ＬＣＯＳ）デバイスを利用する高精細表示デバイス・ベースの背面投射（ＲＰ）ディスプレイ装置を含む、いくつかのテクノロジがこの需要に対処する態勢を整えている。これら競合するテクノロジのそれぞれには、（１）所定の画面対角線サイズに対して、ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイは、一般に、背面投射ディスプレイよりも高価である、（２）ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイは、一般に、背面投射ディスプレイよりはるかに薄い、（３）ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイは、一般に、壁に取り付けるのに十分なほど薄いが、こうしたディスプレイは、壁への取付けが困難になりかねないほど重くなりがちである、（４）背面投射ディスプレイは、一般に、ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイよりもコスト有効度が高い、（５）背面投射ディスプレイでは、薄型の形状因子が得られず、結果として、室内において占めるスペースが大きくなりすぎる可能性があり、背面投射ディスプレイが大画面ディスプレイとして選択されるディスプレイではないといった、長所と欠点がある。
【０００３】
この背景の論考の目的に対して、各種ディスプレイ・テクノロジの形状因子の定量比較するために下記のパラメータを用いる。
−  奥行対画面の対角線比であるＲ１
−  全高対画面の高さ比であるＲ２。
【０００４】
ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイは、形状因子比Ｒ１が０．１２〜０．１５の範囲内であり、Ｒ２が１．０５〜１．０７の範囲内である。比べて、典型的な背面投射ディスプレイは、形状因子比Ｒ１が０．４〜０．５の範囲内であり、Ｒ２が１．３〜１．５の範囲内である。以下での背景の論考において、ディスプレイ装置は、その形状因子比Ｒ１が０．１５以下の範囲内で、形状因子比Ｒ２が１．０７以下の範囲内である場合、薄型とみなされる。
【０００５】
図１には、典型的な先行技術の背面投射ディスプレイ装置が例示されている。一般に、背面投射ディスプレイ装置１００は、投射光学エンジン１１０と、フォールディング・ミラー１２０、１２５と、スクリーン１３０を備えている。投射光学エンジン１１０は、さらに、投射光学素子１１１と、カラー・ホイール１１２と、光源ランプ１１３と、冷却ファン１１４と、さらに光学エンジン１１０のシャーシに取り付けられる、フォーマッタ基板１１７上のマイクロ・ディスプレイ・デバイス駆動電子回路と共に、取り付けられる冷却フィン１１８を備えたマイクロ・ディスプレイ・デバイス１１５（ＤＭＤまたはＬＣＯＳデバイスのような）を備えている。投射光学エンジン１１０によって、表示すべき映像が発生し、この映像がさらにフォールディング・ミラー１２０、１２５によってスクリーン１３０に向けられる。光学エンジンは、光がカラー・ホイール１１２の赤、緑、青のセグメントを透過した後、ピクセル・グレースケール入力を備えた、マイクロ・ディスプレイ・デバイス１１５を利用して、光源ランプ１１３によって発生する光を変調して、投射すべき映像を生成する。フォーマッタ基板１１７上の電子回路によって、マイクロ・ディスプレイ・デバイスの動作とカラー・ホイール１１２の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）セグメントの順番との同期がとられる。背面投射ディスプレイ装置１００の奥行は、その投射スクリーン１３０の対角線サイズ、投射光学素子１１１の投射距離比特性（投射距離対スクリーンの対角線サイズの比として定義される）、用いられるフォールディング・ミラー１２０、１２５の数によって決まる。単一フォールディング・ミラーと、投射距離比が０．４５の光学エンジンを利用する、スクリーンの対角線サイズが５０”の現在市販されている背面投射装置は、奥行が１５”で、スクリーンの下の高さが７．５”であり、その形状因子比がＲ１＝０．３及びＲ２＝１．３７になる。
【０００６】
光源ランプ１１３の輝度入力に対するスクリーンにおける輝度出力の観点からすると、現在市販されている背面投射ディスプレイ装置の効率は、一般に９％〜１２％の範囲内である。背面投射ディスプレイ装置のこの輝度効率不足は、主として、カラー・ホイール１１２が光源によって発生する輝度の少なくとも２／３を遮るという事実に起因する。光源ランプ１１３自体の効率と相俟って、背面投射ディスプレイ装置の輝度効率不足は、一般に少なくとも１つの冷却ファン１１４と追加の冷却フィン１１を必要とする温度管理問題を生じる一因となる。この温度管理問題は、利用可能な光源ランプ１１３の輝度に制限を課すことになりがちであり、従って、拡散コンポーネントとフレネル・コンポーネントを備えた投射スクリーン１３０用いて、投射出力を平行にする必要を指示するものである。スクリーン１３０にフレネル・コンポーネントを追加すると、コストが増大し、視角に応じてスクリーンの明るさを変動させることになる。大画面投射に十分な輝度を生じさせるために必要な光源ランプ１１３として一般に用いられる高圧アーク灯は、一般に効率不足であるだけでなく、極めて寿命も短く、信頼性も劣る。こうした信頼性の低さは、モータ駆動によるカラー・ホイールと冷却ファンに固有の信頼性の乏しさと相俟って、図１の大型スクリーン背面投射装置の信頼性全体をいっそう悪化させることになる。
【０００７】
奥行が１２”の範囲内の、スクリーン対角線サイズの大きい薄型背面投射ディスプレイ装置が開発されている。しかしながら、こうした薄くなった背面投射ディスプレイ装置は、一般に非球面鏡の利用に依存するが、非球面鏡は製造が困難で、アライメントをとるのが困難であり、その結果、こうしたディスプレイは高価になる（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。図２には、非球面鏡の利用を克服したもう１つの先行技術による薄い背面投射ディスプレイ装置２００が例示されている（例えば、特許文献５、６、７参照）。図２に例示のこの薄型背面投射ディスプレイ装置２００には、映像を投射するための広角光学エンジン２１０と、複数のフォールディング・ミラー２２０〜２３０と、投射映像を表示するだけではなく、フォールディング・リフレクタの働きもするように設計されたスクリーン２４０が含まれている。スクリーン２４０のフレネル・コンポーネントには、１つの角度からスクリーンに入射する光を反射し、もう１つの角度からスクリーンに入射する光を透過するように構成された複数の角度オフセット反射素子２５０が含まれている。薄型背面投射ディスプレイ装置２００は、典型的な投射距離比が０．１２の範囲内の広角光学エンジンの利用と、投射光円錐の複数のフォールディングに依存して、その薄い奥行を実現する。前者の技法は、投射光学素子を極めて高価なものにしがちであり、一方、後者の技法は、スクリーン領域の下に必要とされる高さを大幅に増すことになりがちである。図２の薄型背面投射ディスプレイ装置２００は、０．１５の範囲内の奥行対スクリーン対角線サイズ比Ｒ１を実現することが可能であるが、その全高対スクリーン高比Ｒ２は１．５７の範囲内になる可能性がある。事実上、図２の薄型背面投射ディスプレイ装置２００の奥行は、背面投射ディスプレイのコスト及びその全高対スクリーン高比Ｒ２の大幅な増大を代償にして薄くなる。さらに、用いられる複数の光円錐フォールディングは、光円錐のアライメントを極めて複雑にする傾向があるので、背面投射ディスプレイ装置の製造が困難になり、従って、いっそうコストを増すことになる。さらに、特殊なフレネル設計の利用と複数の光円錐フォールディングの利用とが相俟って、ディスプレイ装置の輝度効率をいっそう劣化させることになりがちであり、このため、その明るさ性能が不足することになる。広角光学エンジン、複雑なフレネル設計を施した二重目的スクリーン、及び、複数の光円錐フォールディングを利用すると、図２の薄型背面投射ディスプレイ装置２００は、図１に例示の背面投射ディスプレイ装置１００よりもはるかに高価なものになる。さらに、図２の薄型背面投射ディスプレイ装置２００は、図１に例示の背面投射ディスプレイ装置１００と同じ信頼度性能不足という欠点がある。
【０００８】
図３には、信頼性を向上させる先行技術による投射ディスプレイ装置３００のアプローチが例示されている（例えば、特許文献８参照）。先行技術による投射ディスプレイ装置３００は、投射装置における光源として一般に用いられる高圧アーク灯の代わりに、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を用いることによって信頼性の向上を達成している。先行技術による投射ディスプレイ装置３００には、電源３２０によって電力供給される赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＬＥＤ素子３１０のアレイと、ＬＥＤアレイを冷却するためのファン３３０と、アレイ・カバー・プレート３１５と、ＬＥＤアレイによって発生するＲＧＢ光を光インテグレータ３５０にガイドする光ファイバ束３４０と、発生した光をマイクロ・ディスプレイ・デバイス３７０に向ける光路レンズ群３６０と、マイクロ・ディスプレイ・デバイス３７０によって発生した映像を投射する投射光学素子群３８０と、ディスプレイ・コントローラ３９０とが含まれている。ディスプレイ・コントローラ３９０は、外部ソースからカラー映像データを受信すると、その映像データを、赤、緑、青の順次フレーム映像データに処理し、その順次フレームが、電源３２０に送られる信号と適正に同期してマイクロ・ディスプレイ・デバイス３７０に伝達され、対応するカラーの発光をするＬＥＤ素子３１０のアレイを作動させる。先行技術による投射ディスプレイ装置３００の場合、ディスプレイ装置１００、２００のような投射ディスプレイ装置に一般に用いられる高圧アーク灯とカラー・ホイールが、その発光カラーがディスプレイ・コントローラ３９０によって順序づけられるＬＥＤアレイ３１０に置き換えられている。そのようにする主たる動機は、高圧アーク灯とカラー・ホイールに関連した非効率、温度管理、信頼性の問題を一掃しようとすることであろうが、先行技術による投射ディスプレイ装置３００の場合、ＬＥＤ素子は比較的近接して配置されており、そのため、とりわけ、ＬＥＤ素子の接合部温度が過度に上昇すると、その性能がかなり劣化し、温度管理に慎重な考慮が必要となる問題として再浮上する。さらに、先行技術による投射ディスプレイ装置３００では、光源アセンブリの集積化が極めて面倒で、複雑なものになり、従って、複雑でコストのかかるディスプレイ装置を生じることになる、ＬＥＤアレイ３１０、アレイ・カバー・プレート３１５、光ファイバ束３４０、光インテグレータ３５０、光路レンズ群３６０から構成される複雑なシステムを利用することによって、そのアパーチャと輝度出力の観点から、光源として文字通り高圧アーク灯に取って代わるものものとしてＬＥＤアレイ３１０が用いられる。さらに、先行技術による投射ディスプレイ装置３００には、赤色、緑色、青色ＬＥＤ素子の性能が異なる率で劣化し、経時的に及び温度変化につれてカラー・シフトを生じるため、ＬＥＤ素子は色定点を維持することがほとんど不可能であるという事実を補償するための対策が取り入れられていない。さらに、先行技術による投射ディスプレイ装置３００には、固定されたカラーポイント投射出力の維持にとって重大な、ＬＥＤ素子の色と明るさの出力を検知して、制御する対策も取り入れられていない。前述の弱点のため、先行技術による投射ディスプレイ装置３００に用いられる光源としてＬＥＤ素子を利用するためのアプローチは、スクリーン・サイズの大きい背面投射ディスプレイ装置に用いるのには実行可能ではないであろう。
【０００９】
以下の詳細な説明から明らかになるように、本発明のスクリーン・サイズが大きい薄型の背面投射ディスプレイは、それぞれ、一緒にタイリングされて、シームレスな合成映像を生成する出力部分映像の一部を投射するマイクロプロジェクタのアレイを利用する。その構成セグメントをタイリングすることによって映像を生成するディスプレイに関連した多くの先行技術が存在する。例えば、コスト有効度が高くスクリーン・サイズの大きいＬＣＤディスプレイを製造するため、米国特許第５，５６３，４７０号明細書には、より小さいサイズのＬＣＤパネルをタイリングすることによって、大画面のＬＣＤディスプレイを作り上げるためのアプローチの記載がある。Ｌｏｗｅ他、「Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  Ｔｉｌｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ（ＳＩＤ）  Ｄｉｇｅｓｔ  ２０００、Ｎｅｅｄｈａｍ、「Ｃａｓｅ  ｓｔｕｄｙ：Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｍａｒｋｅｔ  ｆｏｒ  ａＴｉｌｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ」、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ、２００３年１０月、Ｋｒｕｓｉｕｓ他、「Ｓｅａｍｌｅｓｓ  Ｔｉｌｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｒｅｃｔ−Ｖｉｅｗ  Ｃｏｌｏｒ  ＡＭＬＣＤ’ｓ」、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ（ＳＩＤ）  Ｄｉｇｅｓｔ  ２０００、及び、Ｋｒｕｓｉｕｓ他、「Ｓｅａｍｌｅｓｓ  Ｔｉｌｉｎｇ  ｏｆ  ＡＭＬＣＤ’ｓ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ（ＳＩＤ）  Ｄｉｇｅｓｔ  ２００２には、全て、ＬＣＤディスプレイ・パネルの継目全体にわたる視覚的連続性を実現するための技法の記載がある。米国特許第６，６９０，３３７号明細書には、視覚的連続性を実現するためにディスプレイ・パネルを傾斜させた状態で、継目の見える複数のタイリングされたデスクトップ・ディスプレイ・パネルを利用するビデオ・ディスプレイ・システムの記載がある。複数のフルサイズの背面投射ディスプレイのタイリングを利用した大会場壁面ディスプレイが、継目が見えるが、いくつかの供給業者から市販されており、例えば、スタック可能なディスプレイ・キューブがサムソンや三菱から市販されている。米国特許第６，２５４，２３９号には、フルサイズの背面投射ディスプレイ・システムのタイリングを利用して、シームレスな合成映像を生成する大会場壁面ディスプレイ用の装置の記載がある。米国特許第４，９７４，０７３号明細書、米国特許第５，１３６，３９０号明細書、米国特許第６，１１５，０２２号明細書、米国特許第６，７６０，０７５号明細書には、複数のタイリングされたビデオ・プロジェクタによって生じる映像をシームレスにまとめるためのルックアップ・テーブルをベースにしたエッジ・ブレンディング法の記載がある。米国特許第４，９７４，０７３号明細書、米国特許第５，１３６，３９０号明細書、米国特許第６，１１５，０２２号明細書、米国特許第６，２５４，２３９号明細書、米国特許第６，７６０，０７５号明細書には、複数のプロジェクタをシームレスにタイリングするための方法の記載があるが、これらの方法では、用いられる複数のプロジェクタにわたって色と輝度の均一性を保つという重大な問題に対処することができない。米国特許第６，５６８，８１６号明細書では、単一光源ランプによって発生する光を複数のプロジェクタ・ヘッドに対して分散させる複数の光ビーム・スプリッタを備えた、単一光源ランプを用いることによって、複数プロジェクタにわたる均一な色と輝度の問題に対処している。事実上、米国特許第６，５６８，８１６号明細書に記載の方法によれば、スプリッタにおける光損失に起因する輝度効率の深刻な劣化を代償にして、複数プロジェクタにわたる色と輝度の均一性が実現されるであろう。一般に、米国特許第４，９７４，０７３号明細書、米国特許第５，１３６，３９０号明細書、米国特許第６，１１５，０２２号明細書、米国特許第６，２５４，２３９号明細書、米国特許第６，５６８，８１６号明細書、米国特許第６，７６０，０７５号明細書に記載の装置及び方法は、大会場壁面ディスプレイには適するであろうが、その結果得られる実施例は、かさばったものになり、従って、消費者に望ましいサイズ及び形状因数の大型スクリーン背面投射ディスプレイ装置の製造には適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
セグメントをタイリングすることによって映像を生成するディスプレイに関連した多くの既存の先行技術にもかかわらず、その構成要素である部分映像セグメントをタイリングすることによって得られるシームレスな合成映像を生成する、一体型で消費者に望ましいサイズと形状因数の大型スクリーン（５０”以上のスクリーン対角線サイズ）の背面投射ディスプレイ装置について記載したものは見当たらない。
【００１１】
各種ディスプレイ・テクノロジの長所と欠点を比較検討する場合に、消費者には、ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイによって得られる薄型形状因子に惹かれるが、一般にこうしたディスプレイのより高くなるコストに対処するため、より小さいスクリーン・サイズを選択する傾向がある。こうした傾向や、現在入手可能なディスプレイの前述の弱点に鑑みて、ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイに匹敵する薄型形状因子を備える信頼性の高い大きいスクリーン対角線サイズであるが、現行の背面投射ディスプレイに匹敵する価格の背面投射ディスプレイが、かなりの市場価値を有しているのは確実である。
【００１２】
同様の参照番号が同様の構成要素を表わす添付の図面の図には、本発明が、制限のためではなく、例証のために例示されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の望ましい実施形態によれば、薄型の形状因子と高信頼性を備える、コスト有効度の高い大型スクリーン背面投射ディスプレイのための装置、方法、システムが提供される。この目的は、大型スクリーン・ディスプレイ装置を形成するように空間的に配列されたマイクロ・プロジェクタ・アレイを利用する新規の独創的な方法、装置、システムを用いることによって達成される。大型スクリーン投射光円錐をより小さい光円錐に空間的に分割することによって、形状因子比Ｒ１が０．１５の範囲内で、Ｒ２が１．０５の範囲内の薄型ディスプレイを製造することが可能になる。投射光円錐を小さくするには、単一ＬＥＤ素子によって発生することが可能な輝度範囲内に十分に収まる、より輝度の弱い光源が必要になる。さらに、マイクロ・プロジェクタ・アレイ全域にわたるＬＥＤ素子の広い空間配置が、効率の良い温度管理に役立つ。さらに、各マイクロ・プロジェクタによって投射されることが必要な映像ピクセル数が少なくなるので、光学部品が小さくなり、より重要なことには、マイクロ・ディスプレイ・デバイスのダイ・サイズも小さくなり、そのため、アレイに用いられるマイクロ・プロジェクタのコスト有効度が高くなる。閉ループ・フィードバック・システムを用いて、投射アレイ全体にわたる明るさと色の均一性が維持され、温度に応じた、及び、経時的なＬＥＤ素子の明るさと色のドリフトとが補償される。結果得られる背面投射アレイ・ディスプレイ装置は、コスト有効度が高く、薄型の形状因子を有し、高い信頼性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の各種態様のさらなる目的及び利点については、添付の図面に関連して進められる、その望ましい実施形態に関する下記の詳細説明から明らかになる。それに関して、下記の本発明の詳細説明における「１つの実施形態」または「ある実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載の特定の特徴、構造、または、特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを表わしている。この詳細説明のさまざまな場所に現れる「１つの実施形態」という表現は、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではない。
【００１５】
ここでは、薄型背面投射ディスプレイ・システムについて述べる。以下の説明において、解説を目的とし、本発明の完全な理解が得られるようにするため、多くの具体的細部にわたって説明がなされる。しかし、当該技術者には明らかなように、具体的細部が異なっても、本発明を実施することが可能である。他の事例については、本発明を曖昧にすることがないように、構造及び装置がブロック図の形態で示される。
【００１６】
「背面投射アレイ・ディスプレイ」と呼ばれる、本明細書に記載の薄型背面投射ディスプレイ装置には、複数のマイクロ・プロジェクタが含まれている。背面投射アレイ・ディスプレイを構成する複数のマイクロ・プロジェクタは、グリッドの頂点に沿ったアレイとして配列されていて、マイクロ・プロジェクタ・アレイによって生じる集合的投射部分映像から構成される、均一でシームレスな映像を協働で投射する。アレイ・コントローラは、各マイクロ・プロジェクタ毎に、投射すべき映像の一部を提供し、投射映像全体にわたって明るさと色の均一性を維持するための制御信号を供給する。
【００１７】
図４には、本発明の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の断面図が例示されている。背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、背板４０２に取り付けられ、ディスプレイ・シャーシ４０３の内側背面に取り付けられている複数のマイクロ・プロジェクタ４０１と、各マイクロ・プロジェクタ４０１の背面毎に１つずつに取り付けられて、ディスプレイ・シャーシ４０３の背面の開口を通って外部に突き出している複数の冷却フィン４０４と、ディスプレイ・シャーシ４０３の正面開口部内に組み付けられたセパレータ４０５と、さらにディスプレイ・シャーシ４０３の正面開口部に組み付けられている、ベゼル４０７のアパーチャ縁の裏側に取り付けられた投射スクリーン４０６と、さらに背板４０２に取り付けられている、電子回路ボックス４０９内に収容されたアレイ・コントローラ基板４０８を備えている。
【００１８】
背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の図４の断面図において、セパレータ４０５が、マイクロ・プロジェクタ４０１の投射光円錐を閉じ込め、光漏洩を阻止するために利用されている。また、投射光円錐間及びディスプレイ・シャーシ４０３の外囲構造内において背板４０２に取り付けられた電子回路ボックス４０９が、アレイ・コントローラ基板４０８やディスプレイ電源４１０を収容するために用いられ、電磁干渉（ＥＭＩ）シールドとしての働きもしている。電子回路ボックス４０９は、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００を薄型背面投射テレビジョン（ＲＰＴＶ）にするために追加されるであろう、ビデオ基板やオーディオ基板といった他の電子回路基板４１１の収容に利用することも可能である。
【００１９】
図４に例示の本発明の背面投射アレイ・ディスプレイ装置の実施形態は、１２のマイクロ・プロジェクタからなるアレイを用いることによって高精細度（１６：９のアスペクト比）の大画面投射が実現されることを示している。１つの事例として、図４の背面投射アレイ装置のスクリーンの対角線サイズが５０”の場合、アレイをなすマイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれによって投射される映像セグメントの対角線サイズは１３．６”になる。この事例の場合、投射距離比が０．４のマイクロ・プロジェクタ４０１は、５．４５”の投射距離で必要な映像セグメントの対角線サイズを生成することになるが、これによって、本発明のスクリーンの対角線サイズが５０”の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、マイクロ・プロジェクタ４０１の背後に余分な１”の奥行を割り振った後の全奥行が６．５”未満になる。この事例の場合、図４に例示された本発明のスクリーンの対角線サイズが５０”の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、奥行が６．５”で、全高が２６”になるが、これは、形状因子比Ｒ１＝０．１３及びＲ２＝１．０６と同じである。この事例の同じマイクロ・プロジェクタ仕様を用いると、図４に例示された本発明のスクリーンの対角線サイズが６０”の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、奥行が７．５”で、全高が３１”になるが、これは、形状因子比Ｒ１＝０．１２５及びＲ２＝１．０６と同じである。当該技術者には明らかなように、投射距離比が上記事例において用いられる０．４未満のマイクロ・プロジェクタ４０１を用いると、Ｒ１比がより小さい背面投射アレイ・ディスプレイ装置を得ることができる。
【００２０】
図４に例示された本発明の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の実施形態は、１２のマイクロ・プロジェクタからなるアレイを用いることによって高精細度（１６：９のアスペクト比）の大画面投射が実現されることを示している。当該技術者には明らかなように、図４に例示のものとは異なる数のマイクロ・プロジェクタ４０１を利用した、多様な構成の背面投射ディスプレイ装置４００が可能である。１つの事例として、図４の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の解像度が１２８０×７２０ピクセル（７２０ｐのＨＤ解像度）の場合、アレイをなすマイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれによって投射される映像セグメントは、３２０×２４０ピクセルになる。図４の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の解像度が１９２０×１０８０ピクセル（１０８０ｐのＨＤ解像度）の場合、アレイをなすマイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれによって投射される映像セグメントは、４８０×３６０ピクセルになる。これらの事例において、各マイクロ・プロジェクタ４０１によって投射される映像セグメントの生成に用いられるマイクロ・ディスプレイ・デバイス４１６のダイ・サイズは、匹敵する解像度の背面投射ディスプレイ装置のダイ・サイズの１／１２になる。半導体素子の製造歩留まりは一般にそのダイ・サイズに反比例するので、この１／１２というマイクロ・ディスプレイ・ダイ・サイズの縮小は、結果として、マイクロ・ディスプレイ・デバイスの製造歩留まりを少なくとも１２倍に高めることになり、さらに、結果として、もっと大幅にコストを低下させることができる。
【００２１】
図４に例示された本発明の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の実施形態は、１２のマイクロ・プロジェクタ４０１のアレイからなるアレイを用いることによって高精細度（１６：９のアスペクト比）の大画面投射が実現されることを示している。１つの事例として、図４の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００のスクリーンの対角線サイズが５０”の場合、１５０ワットの高圧アーク灯で照明される、スクリーンの対角線サイズが同じ従来の背面投射ディスプレイ装置１００に匹敵する明るさ性能になるようにするのに必要な投射出力光束は、４５０ルーメンの範囲内になる。図４に例示された背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の１２の映像セグメント（部分映像）間で必要な４５０ルーメンを分割すると、アレイに用いられるマイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれの出力光束は、３７．５ルーメンの範囲内になるが、これは、光学効率が０．４のマイクロ・プロジェクタ４０１によって、光束出力が８３ルーメンの範囲内のＬＥＤ素子を用いて実現させることができる。現在市販されている高光束ＬＥＤ素子４１２は、３ワット未満の電力消費でこのレベルの輝度出力を発生させることが可能であり、照明装置によって生じる、この事例の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の電力消費は、合計で３６ワット未満ということになる。照明装置（光源）の電力消費のこの１／４を超える節減により、とりわけ、図４に例示のような、マイクロ・プロジェクタ４０１内へのＬＥＤ素子の配置及び背板４０２全体にわたるその空間的に分散した配置と、高圧アーク灯に比べた場合のＬＥＤ素子のはるかに高い信頼性を考慮すると（図１、２）、温度管理の仕組みがかなり容易になり、信頼性が大幅に向上する。
【００２２】
ＬＥＤ素子テクノロジの急速な進歩によって、５０−８０ルーメン／ワットを超える光束効率をもたらすＬＥＤ素子が、既に市販可能になり始めている。３ワット駆動レベルの前述の事例にこうした高光束ＬＥＤ素子を利用すると、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、視角に関係なく、８００−１２００ルーメン出力の範囲内の輝度で映像を生成することができる。先行技術による背面投射ディスプレイ装置１００、２００（図１、２）の場合、こうした輝度出力性能には、２５０ワットを超える光源ランプ１１３が必要になるが、これは、その輝度効率の悪さ及び結果生じる温度管理と信頼性の問題に鑑みて実現不可能であろう。さらに、５０−８０ルーメン／ワットのＬＥＤ素子を用いて実現することが可能なこの輝度出力レベルによって、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、フレネル・スクリーン・コンポーネントを利用する必要がなくなり、さらに、そのコスト削減に寄与することになる。
【００２３】
従来の背面投射ディスプレイ装置１００、２００と比較すると、スクリーンの対角線サイズが５０”を超える場合、図４の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の形状因子比は、ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイ装置に匹敵する。さらに、図４の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、背面投射ディスプレイ装置１００、２００に対してはるかに向上した信頼性を獲得することになるし、ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイ装置が抱えるピクセルのバーンアウト問題に悩ませられることがないので、ＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイ装置に対してさえ向上した信頼性を獲得することができる。さらに、スクリーンの対角線サイズが５０”を超える場合、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００のコストは、背面投射ディスプレイ装置１００のコストとほぼ同程度であるが、同じスクリーン・サイズのＰＤＰディスプレイ装置やＬＣＤディスプレイ装置のコストよりはかなり低くなる。さらに、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、背面投射ディスプレイ装置１００、２００の場合のようにサイズの大きいフォールディング・ミラーを利用しないので、より丈夫である。最後に、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の解像度は、その構成要素であるマイクロ・プロジェクタ４０１内で用いられているマイクロ・ディスプレイ・デバイスに関して、大幅な製造歩留まりの低下を生じることなく、高めることが可能であり、従って、あまりコストを増大させることなく、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の解像度を高めることが可能になる。
【００２４】
本発明の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の基本的構成について解説してきたが、以下の説明ではその構成要素について詳述される。図５Ａ、５Ｂには、それぞれ、同様の参照番号が同様の要素を表わす、本発明のマイクロ・プロジェクタ・デバイス４０１の断面図とブロック図が例示されている。マイクロ・プロジェクタ４０１は、アレイ・コントローラ４０８によって発生し、インターフェイス・ドライバ４１３とパワー・ドライバ４１４を介して結合され、入力光制御信号によって順次制御される赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）光を発生するＬＥＤ素子４１２と、光インテグレータ４１５とＬＥＤ素子４１２とによって発生する光をまとめてマイクロ・ディスプレイ・デバイス照明光学素子４１７に向ける光路光学素子４１６を含む光コリメーション光学素子４２８と、光インテグレータ４１５に結合された光センサ４１８と、アレイ・コントローラ４０８によって発生し、インターフェイス・ドライバ４１３を介して結合されるピクセル・グレースケール信号を用いて、光を変調するマイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９と、そのマイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９によって反射される光を投射光学素子４２１に向ける１組のリレー光学素子４２０とを備えている。
【００２５】
光コリメーション光学素子４２８、すなわち、光インテグレータ４１５と光路光学素子４１６、マイクロ・ディスプレイ・デバイス照明光学素子４１７、リレー光学素子４２０、投射光学素子４２１を含む光学部品は、マイクロ・プロジェクタ・エンクロージャ４２２内に一緒に保持されている。底面が約３８×７８ｍｍで、高さが５７ｍｍあるマイクロ・プロジェクタ・エンクロージャ４２２は、一般に、アルミニウム／マグネシウム合金ダイキャストまたは精密射出成形ポリカーボネート・プラスチックを用いて製作される。ＬＥＤ素子４１２、マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９、インターフェイス・ドライバ４１３、パワー・ドライバ４１４は、プリント回路基板４２３上に組み付けられる。光学部品４１５、４１６、４１７、４２０、４２１が単一サブアセンブリとして組み付けられたマイクロ・プロジェクタ・エンクロージャ４２２は、ＬＥＤ素子４１２の発光面と、マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９の反射面領域とのそれぞれのアライメントがとれるようにして、プリント回路基板４２３上に実装される。約５１×１０８ｍｍの寸法があるプリント回路基板４２３は、上述のマイクロ・プロジェクタ４０１・アセンブリ全体を背板４０２に取り付けるための複数のネジ穴を備えている。
【００２６】
ＬＥＤ素子４１２は、一般に、その下側に、ＬＥＤダイによって生じた熱をプリント回路基板４２３の裏面に取り付けられた冷却フィン４２４に伝達する放熱スラグを含んでいる単一コンポーネント・パッケージ内に組み付けられた、Ｒ（６２５ｎｍの波長）、Ｇ（５２５ｎｍの波長）、Ｂ（４６４ｎｍの波長）のランベルト発光体薄膜ＬＥＤダイを備えている。ＬＥＤ素子４１２の輝度効率は、一般に、各色毎に少なくとも３５ルーメン／ワットになり、その発光面は、一般に、ＯＳＲＡＭからのＯＳＴＡＲ  ＬＥＤ素子のように、３×３ｍｍ未満になる。
【００２７】
光インテグレータ４１５は、少なくともＬＥＤ素子４１２の発光面積と同じ大きさの入力端断面積を有している。光インテグレータ４１５は、一般に、全内反射に依存して、それを介した光の転送を行い、その出力端に均一な照明場を生じさせる固体ガラス・ロッドから構成される細長いトンネル・タイプである。光インテグレータ４１５には、内反射を閉じ込めるのに役立つクラッド側壁または反射鏡側壁を含むのが望ましい。光インテグレータ４１５の入力端は、ＬＥＤ素子４１２の発光面領域に光学的に結合されている。光センサ４１８は、光学接着剤を用いて光インテグレータ４１５の側壁に直接接着され、プリント回路基板４２３に電気的に結合されている。一般に光結合面積が３×３ｍｍ未満になる光センサ４１８には、Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタがコーティングされた、複数のフォトダイオードが含まれる。光センサ４１８は、アジレント社製のＨＤＪＤ−Ｓ８３１とすることが可能である。
【００２８】
光インテグレータ４１５の出力端は、レンズ群４２５と、マイクロ・ディスプレイ・デバイス照明光学素子４１７に光を向ける方向転換ミラー４２６を含む光路光学素子４１６に結合されている。当該技術者には、光路光学素子４１６の詳細な設計態様は既知であろう。
【００２９】
マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９は、ディジタル・マイクロ・ミラー（ＤＭＤ）・デバイスまたはシリコン基板に載せた反射型液晶（ＬＣＯＳ）デバイスとすることが可能である。いずれにせよ、マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９の反射アパーチャ表面積は、３×４ｍｍ（対角線が５ｍｍ）未満で、複数のピクセルを含むことになり、そのため、各ピクセルのグレースケールは、アレイ・コントローラ４０８によって生じる入力信号に基づいて、オンとオフ（オン／オフ）状態間で時間的に変調することが可能である。現在では、例えば、テキサス・インスツルメント社のＨＤ−２、ＨＤ−３、ＨＤ−４マイクロ・ミラー・デバイスのように、３×４ｍｍの表面積において、１００，０００ピクセルを超えるピクセル密度のマイクロ・ディスプレイ・デバイスを製造することが可能である。マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９のピクセルのグレースケール変調は、照明光学素子４１７からピクセルに入射する光を投射光学素子４２１に向けるか、または、プリント回路基板４２３を介して冷却フィン４２４に熱的に結合された吸光面４２７に向けることによって実現される。マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９の複数の反射ピクセルは、その下側に、複数のピクセルによって生じた熱をプリント回路基板４２３の裏面に取り付けられた冷却フィン４２４に伝達する放熱スラグを含んでいる、単一コンポーネント・パッケージ内に組み付けられている。
【００３０】
マイクロ・ディスプレイ・デバイス照明光学素子４１７は、ＬＥＤ素子によって生じ、光コリメーション光学素子４２８によって送られる光をマイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９に向ける。リレー光学素子４２０は、マイクロ・ディスプレイ・デバイスによって反射された光を投射光学素子４２１に向ける。背面投射アレイ４００の奥行は、主として投射光学素子４２１の投射距離比特性によって決まる。投射距離比が０．４の中程度の複雑さの投射光学素子４２１を備えた、１２のマイクロプロジェクタ４０１からなるアレイは、結果として、奥行が６．５”未満の場合、スクリーンの対角線サイズが５０”の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００を生じ、奥行が７．５”未満の場合、スクリーンの対角線サイズが６０”の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００を生じる。当該技術者には、照明光学素子４１７、マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９、リレー光学素子４２０の間における光結合の詳細な設計態様と、マイクロ・ディスプレイ・デバイス照明光学素子４１７、リレー光学素子４２０、投射光学素子４２１の詳細な設計態様とは既知であろう。
【００３１】
図６Ａには、マイクロ・プロジェクタ４０１のアレイとアレイ・コントローラ４０８の間の結合が例示されている。図５Ｂを参照すると、アレイをなす各マイクロ・プロジェクタ４０１のピクセル・グレースケール制御信号、色制御信号、同期信号、センサ・フィードバック信号、パワー信号が、図６Ａに例示のアレイ・コントローラ基板４０８に送られる。図６Ｂには、各信号がインターフェイスする機能素子を示す、アレイ・コントローラ４０８の機能ブロック図が例示されている。図６Ｂに例示のように、マイクロ・プロジェクタ・アレイ・コントローラ４０８は、映像処理機能４３０、制御＆同期機能４３１、アレイ均一性制御機能４３２、それぞれが背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００に用いられる複数のマイクロ・プロジェクタ４０１に対応する複数の部分映像処理機能４３３から構成される。
【００３２】
図６Ｂに例示のように、映像処理機能４３０は、色空間変換ブロック４３４、ガンマ補正ブロック４３５、映像スケーリング・ブロック４２９、映像逆多重化ブロック４３６を備えている。色空間変換ブロック４３４は、ディジタル・ビデオ入力が輝度と色差符号化（例えば、Ｙ、ＣR、ＣB）で供給されると、ディジタル・ビデオ入力をＲＧＢフォーマットに変換する。ガンマ補正ブロック４３５は、ディジタル・ビデオ入力に付加された非線形色応答を除去して、陰極線管（ＣＲＴ）に固有の非線形性を補償するが、ＣＲＴとは異なり、マイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９は線形性である。映像スケーリング・ブロック４２９は、映像のアスペクト比を維持し、入力ビデオ・データのサイズ変更を行って、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の解像度に合わせる。
【００３３】
各マイクロ・プロジェクタ４０１内のマイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９の反射アパーチャ内におけるピクセル総数は、部分映像ピクセル数に少なくとも５％の幅を持たせた値に等しくなる。これによって、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００内の各マイクロ・プロジェクタ４０１は、その特定部分映像に加えて、部分映像境界の周囲に少なくとも５％の余裕を持たせた追加ピクセルを投射することが可能になる。各マイクロ・プロジェクタ４０１によって投射可能なピクセル全体のうち、特定部分映像の投射に用いられるピクセル全体は、「アクティブ・ピクセル」と呼ばれる。映像逆多重化ブロック４３６は、制御＆同期機能４３１から受信するアクティブ・ピクセル座標入力に基づいて、投射すべき入力映像を構成するピクセルのＲＧＢグレースケール・データを、各マイクロ・プロジェクタ４０１によって投射すべき部分映像に対応するピクセルのＲＧＢグレースケール・データに逆多重化し、部分映像処理機能４３３のそれぞれについて部分映像ピクセルのＲＧＢグレースケール・データ入力を生成する。
【００３４】
図６Ｂに例示のように、制御＆同期機能４３１は、制御ブロック４３７、同期ブロック４３８、較正ブロック４３９、メモリ・ブロック４４０を備えている。制御ブロック４３７は、マイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれに対して、例えば、パワーアップ・モード、パワーダウン・モード、工場試験＆較正モード、実行モードといった、マイクロ・プロジェクタ４０１の動作モードを制御するために用いられる制御信号を発生する。同期ブロック４３８は、ピクセル・グレースケールと光制御信号とに関連した同期信号を発生する。同期ブロックによって生じる同期信号の詳細な構造に関するさらなる詳細については、本発明の詳細な説明の後続部分において示される。
【００３５】
較正ブロック４３９は、制御ブロック４３７の制御下において、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の組立て後、工場で実施される試験中と較正中に実行する。図７に例示の較正ブロック４３９の流れには、部分映像のコーナにマーキングを施して、そのカラーポイントを測定するための部分映像マーキング＆測定手順４４１と、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００のスクリーン・アパーチャ内において各マイクロ・プロジェクタ４０１によって投射される部分映像の座標を決定する部分映像アライメント手順４４２と、投射される部分映像の実測カラーポイントに対して各マイクロ・プロジェクタ４０１内に組み込まれた光センサ４１８を較正するカラーポイント較正手順４４３とが含まれている。
【００３６】
図７に例示のように、マーキング＆測定手順４４１には、（１）背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の投射スクリーン・アパーチャのコーナに位置する各マイクロ・プロジェクタ４０１毎に、工場試験オペレータが位置決めするカーソルを利用して、投射スクリーン・アパーチャのコーナに対するマーキングを行い、制御ブロック４３７によってその座標をメモリ・ブロック４４０にロードするステップと、（２）各マイクロ・プロジェクタ４０１毎に、工場試験オペレータが位置決めするカーソルを利用して、そのマイクロ・プロジェクタ４０１によって投射される部分映像のコーナ位置にマーキングを施し、制御ブロック４３７によってその座標をメモリ・ブロック４４０にロードするステップと、（３）各マイクロ・プロジェクタ４０１毎に、測色計を用いて、各マイクロ・プロジェクタ４０１のカラーポイントと残留光漏洩とを測定し、工場試験オペレータがその値をメモリ・ブロック４４０に記憶するステップが含まれている。残留光漏洩は、そのピクセルの全てがオフ状態にある場合の、各マイクロ・プロジェクタ４０１の測定輝度出力である。
【００３７】
部分映像アライメント手順４４２の目的は、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００やその構成サブアセンブリの製造と組み立て公差によって生じるであろう、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の投射スクリーン・アパーチャに対するマイクロ・プロジェクタ４０１によって投射される部分映像のミスアライメントを割り出すことにある。基準フレームとして背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００のスクリーン・アパーチャのマーキングされたコーナを利用することによって、部分映像アライメント手順４４２で、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００のスクリーン・アパーチャに対する各マイクロ・プロジェクタ４０１によって生じる各部分映像の座標とアライメントを決め、さらに垂直オーバラップ領域の各列内のピクセル数と水平オーバラップ領域の各行内のピクセル数とを決める。部分映像アライメント手順４４２の結果は、その境界（エッジ）に沿った隣接部分映像とのオーバラップ領域を含む各マイクロ・プロジェクタ４０１の「アクティブ・ピクセル」の座標とアライメントである。図８Ａに例示のように、アクティブ・ピクセルは、そのオーバラップ領域を含む各マイクロ・プロジェクタ４０１によって投射されるピクセルである。オーバラップ領域内に位置する部分映像のピクセルは、「境界ピクセル」と呼ばれる。各マイクロ・プロジェクタ４０１の部分映像の結果得られる座標、アライメント、境界ピクセルの行数と列数が、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の実行モード中に用いられるメモリ・ブロック４４０にロードされる。図８Ａが理想的状況（部分映像の完全なアライメント）を表わしているという点に留意されたい。境界ピクセルは、必要に応じて部分映像の相対的シフトと回転を行うためのピクセル空間を設けることによって、ミスアライメントに備える。望ましい実施形態の場合、境界ピクセルの外側エッジは、マイクロ・プロジェクタの限界によって定まり、セパレータ４０５（図４）の等価フットプリントは、マイクロ・プロジェクタによって投射される各部分映像よりもかなり大きい。
【００３８】
カラーポイント較正手順４４３では、各マイクロ・プロジェクタ４０１の測定カラーポイントとその組み込み光源４１８との間のバイアスが決定される。カラーポイント較正手順４４３では、さらに、各マイクロ・プロジェクタ４０１の最低グレースケール・レベルがその測定残留光漏洩の少なくとも４倍に相当する値に設定される。その所望のカラーポイントと共に、各マイクロ・プロジェクタ４０１の較正カラーポイント・バイアスと最低グレースケール・レベルとを利用して、較正カラーポイントが生成され、これが、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の実行モード中に用いられるメモリ・ブロック４４０にロードされる。
【００３９】
図７を参照すると、アレイ均一性制御機能４３２によって実施される処理の目的は、マイクロ・プロジェクタ４０１によって投射される部分映像の色（色度）と明るさ（輝度）の均一性を維持することにある。背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の実行モード中に実行されるアレイ均一性制御機能４３２では、各マイクロ・プロジェクタ４０１の光センサ４１８からのフィードバック信号に処理を施し、メモリ・ブロック４４０に記憶されている対応する較正カラーポイントと比較して、精密色補正値と概略色補正値が生成されるが、これらの値はさらに部分映像処理機能４３３に供給される。各マイクロ・プロジェクタ４０１の光センサ４１８の出力は、引き続き詳述される色制御スロットと同期して、順次サンプリングされる。マイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれについて、光センサ４１８によって測定されるＲ、Ｇ、Ｂの明るさが、アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）４５１によって各色毎に８ビット値に変換されるが、これら測定されたＲＧＢの明るさは「測定カラーポイント」と呼ばれる。各マイクロ・プロジェクタ４０１毎に、アレイ色＆明るさ均一性ブロック４５２では、そのアレイ色＆明るさ均一性ブロック４５２によって維持される、測定カラーポイントと制御＆同期機能４３１によって供給される較正カラーポイントとの偏差が計算され、計算されたカラーポイント偏差は、さらに、低域ループ・フィルタによって処理されて、その後、精密色制御範囲の設定値と比較される。カラーポイント偏差が精密色制御範囲の設定値内であれば、カラーポイント偏差が精密色補正ブロック４４６に対して出力される。マイクロ・プロジェクタ４０１の測定カラーポイント偏差が、精密色制御範囲の設定値外であるが、概略色制御範囲の設定値内にある場合、その値は、概略色制御範囲と比較されて、カラーポイント偏差が概略色制御ブロック４４７に対して出力される。マイクロ・プロジェクタ４０１の測定カラーポイント偏差が、概略色制御範囲の設定値外であれば、較正カラーポイントの値は、測定カラーポイント偏差が概略色制御範囲内に収まるように調整される。次に、較正カラーポイントの調整値が、制御＆同期機能４３１に供給され、その後、組をなすマイクロ・プロジェクタ４０１全体の色の明るさを設定するために利用される。概略色制御範囲及び精密色制御範囲の値は、工場較正中に、ＬＥＤ素子４１８に関する明るさ制御のダイナミック・レンジ内に納まるように設定される。
【００４０】
図７に例示のように、マイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれに対して、部分映像処理機能４３３の１つが関連しており、各部分映像処理機能は、（図６Ｂ）部分映像スケーリング・ブロック４４４、部分映像境界拡散ブロック４４５、精密色補正ブロック４４６、概略色補正ブロック４４７、グレースケールＰＷＭ変換ブロック４４８、光ＰＷＭ変換ブロック４４９を備えている。制御＆同期機能４３２からのアクティブ・ピクセル・アライメント入力に基づいて、部分映像スケーリング・ブロック４４４では、部分映像アクティブ・ピクセルに適合するように、映像処理機能４３０から受信した部分映像ピクセル・グレースケール・データを割り当てることによって、部分映像アライメントを維持する。部分映像スケーリング・ブロック４４４では、部分映像アライメント手順４４２によって測定された残留傾斜と回転ミスアライメントを補償するため、部分映像アスペクトを幾何学的に補正し、部分映像アライメント手順４４２によって測定された部分映像アクティブ・ピクセル座標に基づいて、映像処理機能４３０から受信した部分映像ピクセル・グレースケール・データを適正なマイクロ・プロジェクタ４０１のピクセル・アドレスに割り当てる。
【００４１】
部分映像境界拡散ブロック４４５の目的は、それぞれの部分映像境界のオーバラップ境界に沿って隣接するマイクロ・プロジェクタ４０１によって投射されるピクセルのグレースケールを漸減させ、拡散させることにある。これが、背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００の投射スクリーン・アパーチャに対して可能性のあるミスアライメントのため、マイクロ・プロジェクタ４０１のアレイによって投射される映像に現れる可能性のある不自然な結果を分散させるのに役立つ。図９に例示の部分映像境界拡散ブロック４４５の流れには、漸減＆拡散アルゴリズム４５０が含まれており、その結果が図８Ｂに例示されている。図９を参照すると、部分映像境界ピクセルのグレースケール値は、漸減＆拡散アルゴリズム４５０によって下記のように処理される。
補正境界ピクセル・グレースケール：
ｎ＝１、２、３、．．．、Ｎの場合、Ｇn’（ｍ）＝Ａn Ｇn（ｍ）＋Ｒ（ｍ）、
【００４２】
ｍが投射される部分映像内のピクセル・アドレスを表わす場合、Ｎは、部分映像の垂直境界オーバラップ領域のそれぞれの行内、または、水平境界オーバラップ領域のそれぞれの列内におけるピクセル数を表わし、ｎはピクセル境界の索引を表わしているが、この索引は、部分映像の垂直境界領域の行内または水平境界領域の列内における各ピクセルの索引であり、オーバラップ境界領域の内側エッジのピクセルは、ｎ＝１の索引を有し、オーバラップ境界領域の外側エッジのピクセルは、ｎ＝Ｎの索引を有している。Ｇn（ｍ）とＧn’（ｍ）は、それぞれ、もとのピクセル・グレースケール値と漸減及び拡散値を表わし、Ａnは、漸減率を表わし、Ｒ（ｍ）は、後述するピクセル・グレースケール値に適用される拡散率を表わしている。漸減率は、一般に、
ｎ＝１、２、３、．．．、Ｎで、｜α｜≦１／２πの場合、
Ａn＝｛１−ｎ／（Ｎ＋１）｝＋αｓｉｎ｛２π（１−ｎ／（Ｎ＋１）｝
のようなエッジ相補漸減（オーバラップ境界領域のいずれかの方向における漸次減衰が最終的に１になることを意味する）を可能にする値、または、
ｎ＝１、２、３、．．．の場合、
Ａn＝０．５｛１＋ｃｏｓ（πｎ／（Ｎ＋１）｝
のような任意の代替エッジのエッジ相補漸減率となる。
【００４３】
ピクセル・グレースケールＧn（ｍ）は、一般に８ビット値として漸減＆拡散アルゴリズム４５０に提供され、一方、Ｇn’（ｍ）は、一般に１６ビット値として処理される。Ｇn’（ｍ）の最下位ビットは、「オーバフロー」と呼ばれる。漸減＆拡散アルゴリズム４５０において、結果得られるＧn’（ｍ）値は、その最上位８ビットに切り捨てられて、８ビット値として出力され、一方、その最下位８ビットのオーバフローは累算される。累算されたオーバフローが最大限の値に達すると（ロール・オーバすると）、漸減＆拡散アルゴリズム４５０は、その最下位ビットが値１に設定され、アドレスｍ’が処理されるピクセルに隣接したピクセルのアドレス集合からランダムに選択された、８ビット拡散率Ｒ（ｍ’）を出力する。換言すれば、部分映像境界領域内のアドレスがｍで境界索引がｎの各ピクセル毎に、漸減＆拡散アルゴリズム４５０は、入力Ｇn（ｍ）とＲ（ｍ）の対を処理し、処理されるピクセルの漸減及び拡散グレースケール値Ｇn’（ｍ）を生成し、かつアドレスがｍ’のピクセルの拡散率を生成する。図９に示すように４つのコーナのオーバラップ領域の適切な漸減を確保するため、漸減＆拡散アルゴリズム４５０は、まず、部分映像の垂直境界領域内に位置するピクセル行に適用され、次に、部分映像の水平境界領域内に位置するピクセル列に適用される。当該技術者には明らかなように、本明細書に記載の漸減＆拡散法は、上述のものとは異なる漸減率Ａnで実施することも可能である。いずれにせよ、各水平方向（垂直方向）に隣接する部分映像の各列（行）内の境界ピクセルにそれぞれの漸減率を適用し、引き続き、各垂直方向に（水平方向に）隣接する部分映像の各行（列）にそれぞれの漸減率を適用することによって、各部分映像のコーナにある多くのピクセルに漸減率を２回適用するのは明らかである。しかしながら、隣接する部分映像のコーナにおけるように３つまたは４つのピクセルがオーバラップするか、他の場所におけるように２つのピクセルがオーバラップするかにかかわらず、任意のオーバラップするピクセルに適用される漸減率の和は、やはり１になる。
【００４４】
漸減＆拡散アルゴリズム４５０が最低レベルのグレースケールで所望の効果を発揮するためには、十分なグレースケールのダイナミック・レンジが存在しなければならない。マイクロ・プロジェクタ４０１の全てのピクセルがオフ状態にある場合に、「残留光漏洩」と呼ばれる少量の光出力が残存する。グレースケールのダイナミック・レンジが、それぞれのピクセルの全てがオフ状態にある場合に、マイクロ・プロジェクタ４０１によって生じる残留輝度に設定されていると、境界領域のピクセルのグレースケールを漸減させることができない。結果として、境界オーバラップ領域にあるピクセルが、オーバラップ境界領域にまたがる映像の最も暗い領域において、あるいは、スクリーンが最も暗い時に、かすかに見えるような感じになる。この最低グレースケール・レベルの不均一性を克服するため、グレースケールのダイナミック・レンジの最低値は、カラーポイント較正手順４４３中に、マイクロ・プロジェクタ４０１の残留光漏洩レベルの４倍に相当する値に設定される。そのようにする場合、４つのコーナのオーバラップ境界領域における漸減ピクセルのグレースケールの追加が、映像における残りのピクセルの最低グレースケールを超えることはない。
【００４５】
部分映像境界拡散ブロック４４５のピクセル・グレースケール出力値は、精密色補正ブロック４４６に供給され、アレイ均一性制御機能４３１によって生じる精密色補正値と共に処理される。精密色補正ブロック４４６では、アレイ均一性制御機能４３１によって生じる精密色補正値に基づいて、原色のそれぞれ並びに白色に関する部分映像ピクセルの色座標が調整される。精密色補正ブロック４４６の色補正された部分映像ピクセルのグレースケール出力は、グレースケールＰＷＭ変換ブロック４４８に供給され、Ｒ、Ｇ、Ｂグレースケールに関するそれぞれ８ビットから構成されるピクセル・フレームから、Ｒ、Ｇ、Ｂグレースケールに関する１ビットから構成されるピクセル・フレームに変換される。Ｒ、Ｇ、Ｂに関するこの１ビット・ピクセル・フレームは、その後、対応するマイクロ・プロジェクタ４０１に供給されて、その部分映像ピクセルのそれぞれに関するオン／オフ状態が制御される。この並列・直列変換技法は、パルス幅変調（ＰＷＭ）変換として当該技術者には既知のところである。
【００４６】
アレイ均一性制御機能４３１によって生じる概略色補正値が、概略色補正ブロック４４７に供給され、制御＆同期ブロック４３２によって供給される較正カラーポイント値と組み合わせられて、ＬＥＤ素子４１２のＲＧＢ色制御値になる。概略色補正ブロック４４７によって生じるＲＧＢ色制御値は、一般に８ビット値として表現される。これらの８ビット色制御値は、概略色補正ブロック４４７によって生じる色補正を反映するように、ＬＥＤ素子４１２によって生じるＲＧＢ光のオン／オフ・デューティ・サイクルを調整するために利用される。光ＰＷＭ変換ブロック４４９では、パルス幅変調（ＰＷＭ）技法を用いて概略色補正ブロック４４７によって生じるＬＥＤ素子４１２に関する８ビットＲＧＢ色制御値を直列ビット・ストリームに変換することによって、このタスクを遂行する。
【００４７】
図１０には、ＬＥＤ素子４１２の色とマイクロ・ディスプレイ・デバイス４１９のピクセルグレースケールとを制御するためのフレーム構造が例示されている。マイクロ・プロジェクタ４０１の部分映像内にある全てのアクティブ・ピクセルのグレースケールの更新率が、持続時間が１６．６７ｍｓｅｃのフレームとして例示されている。図１０に例示のフレーム構造は、６０Ｈｚの映像フレーム率のディジタル・ビデオ入力に対応するが、当該技術者には明らかなように、図１０に例示のフレーム構造は、任意の所望の映像フレーム率に対応するように容易に修正することが可能である。図１０に示すように、このピクセル更新映像フレームは、フリッカを防止するため、それぞれ、持続時間が１，０４１．６７μｓｅｃ（９６０Ｈｚ）の１６のピクセル／カラー・スロットに分割することが可能であり、このスロットは、さらに、持続時間が４．０８５μｓｅｃ（２４４，８００Ｈｚ）のＰＷＭビットに分割される。図１０に示す映像フレーム、ピクセル／カラー・スロット、ＰＷＭビット同期信号が、ディジタル・ビデオ入力によって供給される映像フレーム同期信号に基づいて、制御＆同期機能４３２によって発生する。映像フレーム、ピクセル／カラー・スロット、ＰＷＭビット同期信号は、部分映像処理機能４４３とマイクロ・プロジェクタ４０１のそれぞれに供給される。概略色補正ブロック４４７によって生じるＬＥＤ素子４１２の８ビットＲＧＢ色制御値が、光ＰＷＭ変換ブロック４４９によって２8−１＝２５５の直列ＰＷＭビットに変換され、制御＆同期機能４３２によって生じるスロットとビット同期信号に同期して出力される。
【００４８】
図１０に示す１６のカラー・スロットのそれぞれは、各色に必要な最大の明るさが得られるように、Ｒ、Ｇ、または、Ｂに割り当てることが可能であり、必要な明るさは、概略色補正ブロック４４７によって生じる８ビット色制御値によって設定されるそのオン／オフ・デューティ・サイクルによって制御される。Ｒ、Ｇ、または、Ｂに割り当てられる映像フレーム内のカラー・スロット数は、概略色補正ブロック４４７によって生じる色補正値によって較正カラーポイントを実現するように設定され、制御される。カラー・スロットに対するこのＲ、Ｇ、または、Ｂの割り当ては、それぞれの処理と出力とをスロット・カラー割り当てに同期させるため、部分映像スケーリング・ブロック４４４、アレイ境界拡散ブロック４４５、精密色補正ブロック４４６、グレースケールＰＷＭ変換ブロック４４８を含む処理連鎖に供給される。
【００４９】
一般に、映像処理機能４３０に供給されるディジタル・ビデオ入力は、ＲＧＢフォーマットか、または、輝度及び色差符号化フォーマットのいずれかであり、色空間変換ブロック４３４によってＲＧＢフォーマットに変換される。色空間変換ブロック４３４が、ディジタル・ビデオ入力を、例えば、ＲＧＢに加えて、黄（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、白（Ｗ）といったように、Ｒ、Ｇ、Ｂより多くの色に変換することが可能な場合、Ｒ、Ｇ、Ｂにカラー・スロットを同時に割り当て、概略色補正ブロック４４７によって生成された８ビット色制御値を用いて、そのカラー・スロット内に所望の色が生じるように、ＲＧＢ  ＬＥＤの明るさを調整することによって、図１０に例示のＬＥＤ制御構造で、これらの色を発生することが可能である。
【００５０】
光センサ４１８、アレイ均一性機能４３２、精密色補正ブロック４４６、概略色補正ブロック４４７から構成されるフィードバック制御ループは、マイクロ・プロジェクタ４０１によって生成される部分映像全体にわたって色と明るさの均一性を維持する働きをし、また、温度変化や時間経過につれて生じる可能性のあるＬＥＤ素子の色と明るさの変動を補償する働きもする。
【００５１】
要約すると、本発明の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、他のディスプレイの弱点を克服し、さらに、下記のいくつかの利点を示す。
１．スクリーン下の高さを伸ばすことなく、それぞれ、投射距離の短いマイクロ・プロジェクタ４０１からなるアレイを利用しているので、薄型の形状因子を有している。
２．光源として、空間的に分散した、温度管理の効率が良く、輝度効率の高いＬＥＤ素子４１２を利用し、カラー・ホイールや冷却ファンを排除することができるので、信頼性が大幅に向上する。
３．複数のより小さいダイ・サイズのマイクロ・ディスプレイ・デバイスを利用し、より小さいサイズの光学部品を利用し、フレネル・コンポーネント及び複数の大きくて高価なフォールディング・ミラーを排除し、組立てと較正がより容易であるため、コストが低下する。
【００５２】
上記詳細な説明において、本発明の説明はその具体的な実施形態に関連して行われた。しかし、本発明のより一般的な精神及び範囲から逸脱することなく、さまざまな修正及び変更を加えることができるのは明らかである。従って、設計の細部及び図面は、制限を意味するものではなく、例示を意味するものとみなすべきである。当該技術者には明らかなように、本発明のいくつかの部分は、望ましい実施形態に関して上述の実施例とは別様に実施することが可能である。例えば、当該技術者には明らかなように、本発明の背面投射アレイ・ディスプレイ装置４００は、用いられるマイクロ・プロジェクタ４０１の数、マイクロ・プロジェクタ４０１の特定の設計細部、工場較正手順の特定の細部、マイクロ・プロジェクタ４０１の部分映像拡散アルゴリズムの特定の設計細部、アレイの色＆明るさ均一性制御の特定の設計細部、色＆明るさフィードバック制御ループの特定の設計細部、色制御フレーム構造に多様な変更を加えて実施することが可能である。当該技術者には明らかなように、その基本となる原理から逸脱することなく、本発明の前述の実施形態の細部に多くの変更を加えることが可能である。従って、本発明の範囲は付属の請求項によってのみ判断すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】先行技術による背面投射ディスプレイの構成を例示した図である。
【図２】先行技術による薄型背面投射ディスプレイの構成を例示した図である。
【図３】信頼性を向上させる先行技術による背面投射ディスプレイの構成を例示した図である。
【図４】背面投射アレイ・ディスプレイ装置の断面図である。
【図５Ａ】マイクロ・プロジェクタ・デバイスの断面図である。
【図５Ｂ】マイクロ・プロジェクタ・デバイスのブロック図である。
【図６Ａ】マイクロ・プロジェクタ・アレイとアレイ・コントローラとのインターフェイスを例示した図である。
【図６Ｂ】アレイ・コントローラのブロック図である。
【図７】マイクロ・プロジェクタ・アレイ・ディスプレイの工場較正手順の流れ図である。
【図８】マイクロ・プロジェクタの部分映像領域を例示した図（Ａ）とマイクロ・プロジェクタの部分映像境界拡散結果を例示した図（Ｂ）である。
【図９】部分映像境界拡散処理の流れ図である。
【図１０】マイクロ・ディスプレイ・デバイスとＬＥＤ素子の制御フレームを例示した図である。
【符号の説明】
【００５４】
４００  背面投射アレイ・ディスプレイ装置、４０１  マイクロ・プロジェクタ、４０２  背板、４０３  ディスプレイ・シャーシ、４０４  冷却フィン、４０５  セパレータ、４０６  投射スクリーン、４０７  ベゼル、４０８  アレイ／コントローラ基板、４０９  電子回路ボックス、４１０  ディスプレイ電源、４１２  ＬＥＤ素子、４１３  インターフェイス・ドライバ、４１４  パワー・ドライブ、４１５  光インテグレータ、４１６  光路光学素子、４１７  マイクロ・ディスプレイ・デバイス照明光学素子、４１８  光センサ、４１９  マイクロ・ディスプレイ・デバイス、４２０  リレー光学素子、４２１  投射光学素子、４２２  マイクロ・プロジェクタ・エンクロージャ、４２３  プリント回路基板、４２４  冷却フィン、４２６  方向転換ミラー、４２７  吸光面、４２８  光コリメーション光学素子、４３０  映像処理機能、４３１  制御＆同期機能、４３２  アレイ均一性制御機能、４３３  部分映像処理機能
【図１】
2008538681.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月25日(2007.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を表示するための背面投射ディスプレイ装置であって、
投射スクリーンと、
２次元アレイに配列され、より大きい映像を形成するために、それぞれがタイリングされる部分映像を前記投射スクリーンに投射する複数の複数のマイクロ・プロジェクタであって、それぞれが、
ＬＥＤ光源、
前記ＬＥＤ光源からの光をコリメートするために配置された光コリメーション光学素子、
アレイ・コントローラに結合されて、前記ＬＥＤ光源からの光を検知するように配置された光センサ、
前記光コリメーション光学素子からの光によって照明されるように配置されたマイクロ・ディスプレイ・デバイス、
前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスからの映像をそれぞれの部分映像として前記投射スクリーンに投射するように配置された投射光学素子を具備している、前記複数のマイクロ・プロジェクタと、
映像データを受信し、前記光センサの出力に応答して、明るさと色の均一性を実現するように補正され、前記部分映像のシームレスなタイリングによって前記背面投射映像を形成するようにスケーリングを施された、それぞれの部分映像データを各マイクロ・プロジェクタに供給するためのアレイ・コントローラと
を含む装置。
【請求項２】
前記アレイ・コントローラが、隣接するマイクロ・プロジェクタに供給される部分映像データとオーバラップする部分映像データを含む部分映像データを各マイクロ・プロジェクタに供給し、前記マイクロ・プロジェクタが、隣接する部分映像とオーバラップするそれぞれの部分映像を投射するように配列されており、前記アレイ・コントローラが、個々の部分映像の明るさを制御して、それぞれの部分映像オーバラップ領域と非オーバラップ領域全体にわたって均一な明るさとし、隣接する部分映像全体にわたって均一な明るさとするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アレイ・コントローラが、非オーバラップ・ピクセルに隣接する最大値からオーバラップ・ピクセルのエッジにおける最小値までの範囲にわたって、各部分映像の前記オーバラップ領域のピクセルの明るさを低下させることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記アレイ・コントローラが、前記アレイの第１の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用し、その後、前記アレイの第２の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用することによって、各部分映像のオーバラップ領域内にある各ピクセルの色成分の明るさを低下させることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
各部分映像のピクセルの明るさが、前記投射スクリーン上の前記それぞれのピクセルの色成分が照明される相対持続時間を制御することによって制御されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記アレイ・コントローラが、表示部分映像のグレースケールのダイナミック・レンジの最低レベルを、各マイクロ・プロジェクタの残留光漏洩の少なくとも４倍に相当する値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
さらに、前記マイクロ・プロジェクタと前記投射スクリーンの間にセパレータが含まれ、前記セパレータが、それぞれのマイクロ・プロジェクタが照射する投射スクリーンの各領域の輪郭を描くことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記光コリメーション光学素子に光インテグレータと光路光学素子が含まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤ光源が、赤色、緑色、青色光の色を制御可能に発することが可能なＬＥＤ光源が含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記背面投射映像がビデオ映像であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記アレイ・コントローラが、前記ＬＥＤ光源の色のそれぞれのオン／オフ状態を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
光センサが、前記ＬＥＤ光源からの光の各色を検知するために配置され、前記アレイ・コントローラが、各ピクセルの色成分のグレースケール値を同時に調整し、それぞれのマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ光源のそれぞれの色の明るさを調整することによって、前記投射スクリーンに投射される映像の各ピクセルにおける各色の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記アレイ・コントローラが、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを、そのピクセルについてその色が投射スクリーンに投射される持続時間を調整することによって制御するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記アレイ・コントローラが、前記それぞれのマイクロ・プロジェクタの前記ＬＥＤ光源の色の明るさを調整することによって、前記投射スクリーンに投射される映像内の各ピクセルにおける各色の明るさを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスに複数の反射ピクセルが含まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記アレイ・コントローラが、前記ＬＥＤ光源の各色のオン／オフ状態と同期して、前記マイクロ・ディスプレイ・デバイスの各ピクセルのオン／オフ状態を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
さらに、前記マイクロ・プロジェクタと前記投射スクリーンの間にセパレータが含まれ、前記セパレータが、それぞれのマイクロ・プロジェクタが照射する投射スクリーンの各領域の輪郭を描くことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
カラー映像の背面投射方法であって、
背面投射スクリーンを用意するステップと、
それぞれが、前記カラー映像のそれぞれの部分を形成する部分映像を前記背面投射スクリーンに投射し、それぞれが、赤色、青色、及び／または、緑色光を制御可能に発生することが可能なＬＥＤ光源、前記ＬＥＤ光源によって照明されるように配置されて、オン時には、前記ＬＥＤ光源からの光を前記投射スクリーン上のそれぞれのピクセルに対して制御可能に反射し、オフ時には、前記投射スクリーンに対して光を反射しない複数の反射ピクセルを備えているマイクロ・ディスプレイ・デバイスを具備する、２次元アレイとなるように配列された複数のマイクロ・プロジェクタを用意するステップと、
映像データを受信し、部分映像データとして、前記映像データのそれぞれの部分を各マイクロ・プロジェクタに関連づけるステップと、
明るさと色の均一性を得るために各マイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データを補正し、前記カラー映像を形成するために、前記部分映像のシームレスなタイリングを行うために、前記部分映像データにスケーリングを施すステップと、
前記部分映像のシームレスなタイリングによって前記カラー映像を形成するために、それぞれのマイクロ・プロジェクタによってそれぞれの補正部分映像データに対応する各部分映像を前記背面投射スクリーンに投射するステップと
を含む方法。
【請求項１９】
さらに、投射される各部分映像の各色の明るさを制御して、前記背面投射映像に均一な明るさとするステップが含まれることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
投射される各部分映像における各色の明るさが、前記それぞれの部分映像における前記それぞれの色のデューティ・サイクルを調整することによって制御されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
投射される各部分映像における各色の明るさが、前記それぞれのＬＥＤ光源からの前記それぞれの色の明るさを制御することによって制御されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
各マイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データが、隣接するマイクロ・プロジェクタに関連づけられた前記部分映像データにオーバラップし、さらに、前記部分映像のオーバラップ領域内のピクセルに漸減率を適用して、前記オーバラップ領域と非オーバラップ領域内の個々の部分映像の明るさを制御し、隣接する部分映像全体を均一な明るさとするステップが含まれることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
各部分映像の前記オーバラップ領域におけるピクセルの明るさが、非オーバラップ・ピクセルに隣接する最大値からオーバラップ・ピクセルのエッジにおける最小値の範囲で制御され、各部分映像のピクセルの最低の明るさが、各マイクロ・プロジェクタの残留光漏洩の少なくとも４倍に相当する値に設定されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
各部分映像の前記オーバラップ領域におけるピクセルの明るさが、前記アレイの第１の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用し、その後、前記アレイの第２の方向において隣接する映像間のオーバラップ領域に漸減率を適用することによって制御されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ある特定の色に関する前記部分映像の明るさが、前記ＬＥＤ光源のオン／オフ状態を調整して、赤色、緑色、青色ＬＥＤ光源の任意の組み合わせを同時にオン状態にできるようにすることによって制御されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
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