(57)【要約】異なる色の少なくとも三つの異なる光ビームを提供する手段と；前記光ビームを走査する手段とを有する小型プロジェクターが提供される。前記走査手段は、画像を形成するために、スクリーンにおける第一の端から終端まであるパターンに従って前記光ビームを走査するよう適応されており、前記パターンは、前記ビームが第二の軸に沿って順次走査する際に第一の軸に沿って振幅が振動するような諸走査線がなす波パターンであり、前記第二の軸は前記第一の軸に垂直であり、前記波パターンは、垂直走査プロファイルおよび水平走査プロファイルの合成であり、前記垂直走査プロファイルは前記振幅に対応する巡回的な変動をもつ。
2014518465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査すべき画像についての画像データを受領する段階と；
前記画像データに応答して光ビームを生成する段階と；
第一の軸に実質的に平行で第二の軸に実質的に垂直な振動する振幅をもつサイクルを含む、前記光ビームを方向付けるための水平走査プロファイルを形成する段階と；
前記サイクルに応答して巡回的な変動を形成する段階と；
前記巡回的な変動を含む垂直走査プロファイルを生成する段階と；
前記光ビームが、前記第一の軸と平行に水平に振動しながら前記第二の軸に平行に第一の端から終端まで垂直に駆動されるよう、前記垂直走査プロファイルおよび前記水平走査プロファイルの合成である波パターンに従って前記光ビームを走査して前記画像を形成する段階とを含む方法であって、
前記第二の軸において可変走査速度値が用いられる、
方法。
【請求項２】
時間の関数としての前記第二の軸に沿った動きのベースライン垂直走査プロファイルを生成する段階と；
時間に対する前記第二の軸に沿った動きの巡回的な変動プロファイルを提供または選択する段階であって、前記巡回的な変動プロファイルは個々の変動サイクルを含み、一つの変動サイクルは波パターンの単一の波の半分に対応し、別の変動サイクルが前記単一の波の第二の半分に対応する、段階と；
前記巡回的な変動プロファイルを前記ベースライン垂直走査プロファイルに加えて前記垂直走査プロファイルを得る段階とを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ベースライン垂直走査プロファイルは線形関数である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記波パターンは一連の単一の波を含み、前記単一の波は、前記第一の軸に沿って一方向に振動する第一の半分の振幅をもつ第一の半分と、前記第一の軸に沿って前記一方向と反対の第二の方向に振動する第二の半分の振幅をもつ第二の半分とをもつ、請求項１記載の方法。
【請求項５】
個々の単一の波の前記第一の半分と第二の半分は、前記第二の軸について対称的である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
時間の関数としての前記第二の軸に沿った動きのベースライン垂直走査プロファイルを提供する段階と；
時間に対する前記第二の軸に沿った動きの巡回的な変動プロファイルを提供または選択する段階であって、前記巡回的な変動プロファイルは個々の変動サイクルを含み、一つの変動サイクルは前記波パターンの前記単一の波の前記第一の半分に対応し、別の変動サイクルが前記単一の波の前記第二の半分に対応する、段階と；
前記巡回的な変動プロファイルを前記ベースライン垂直走査プロファイルに加えて前記垂直走査プロファイルを得る段階とを含む、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ベースライン垂直走査プロファイルは線形関数である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記垂直走査プロファイルを作るために、ベースライン垂直走査プロファイルに、前記水平走査プロファイルに応じた第二高調波波パターンを加えることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記水平走査プロファイルの第二高調波を前記巡回的な変動プロファイル中に組み込むことを含む、請求項２記載の方法。
【請求項１０】
前記巡回的な変動プロファイルが前記水平走査プロファイルの第二高調波を含む、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
閲覧表面上での前記光ビームの完全な水平掃引が走査線を形成し、それらの走査線は、前記ベースライン垂直走査プロファイルを使って前記ビームを走査することに対応するであろう走査線の前記第一の軸に関する平均絶対角より小さい、前記第一の軸に関する平均絶対角を有する、請求項４記載の方法。
【請求項１２】
前記光ビームを生成するために異なる色の少なくとも三つのレーザー・ビームを用いることを含む、請求項２記載の方法。
【請求項１３】
異なる色の前記光ビームを生成するために少なくとも三つの発光ダイオードを用いることを含む、請求項２記載の方法。
【請求項１４】
前記光ビームを生成するために異なる色の前記三つのレーザー・ビームを走査するよう少なくとも一つの走査ミラーを用いる段階を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記画像データについて要求される輝度レベルに応じた走査速度値を割り当てる段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記光ビームの完全な水平掃引から閲覧表面上に走査線を形成する段階と；
前記第二の軸に沿って配向される完全な走査線について必要とされる全輝度レベルと逆の関係にあるよう前記走査速度値を設定する段階とを含む，
請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記光ビームの完全な水平掃引から閲覧表面上に走査線を形成する段階と；
前記画像データのために必要とされる輝度レベルに応じた走査線間隔値を割り当てる段階とを含む，
請求項１記載の方法。
【請求項１８】
異なる色の少なくとも三つの異なる光ビームを提供する手段と；
前記光ビームを走査する手段とを有する小型プロジェクターであって：
前記走査手段は、画像を形成するために、スクリーンにおける第一の端から終端まであるパターンに従って前記光ビームを走査するよう適応されており、前記パターンは、前記ビームが第二の軸に沿って順次走査する際に第一の軸に沿って振幅が振動するような諸走査線の波パターンであり、前記第二の軸は前記第一の軸に垂直であり、
前記走査手段は、前記第二の軸において可変走査速度値を用いるようさらに適応されており、
前記波パターンは、垂直走査プロファイルおよび水平走査プロファイルの合成であり、前記垂直走査プロファイルは前記振幅に対応する巡回的な変動をもつ、
プロジェクター。
【請求項１９】
請求項１８記載の小型プロジェクターであって、前記走査手段は、前記水平走査プロファイルに応じた第二高調波の波パターンをベースライン垂直走査プロファイルに加えて前記垂直走査プロファイルを作るよう適応されている、プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願はここに参照によってその全体において組み込まれる2011年6月3日に出願された米国仮出願第61/520,067号の優先権を主張し、本願は2011年6月3日に出願された米国仮出願第61/520,068号に関係する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、小型プロジェクターおよび小型プロジェクターの動作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ピコプロジェクター、ナノプロジェクターおよびマイクロプロジェクターと称されてきた小型レーザー・プロジェクターは一般にバッテリーで動作する可搬なプロジェクターであり、その小さなサイズのためある種の応用に便利なため人気を得てきたものである。それらの装置はハンドヘルド装置やラップトップに接続することができ、スクリーンまたは壁に画像を表示することができる。
【０００４】
残念ながら、小型レーザー・プロジェクターは一般に低い光出力を呈し、そのためその用途は周辺背景光が低い環境に限られる。こうしたレーザー・ベースのユニットの典型的な表示パワーはたった1mWのオーダーである。
【０００５】
これらの装置についての最大輝度は、出力のパワーを増すことによって高めることができるが、そのようなパワー増は不利益になることがある。健康の観点からは、レーザー・パワーの増大は目に対する傷害の可能性を増すことがある。動作の観点からは、レーザー・パワーの増大はバッテリー電力を急速に消耗し、過剰な熱を生成し、その熱はレーザー・ダイオードの損傷や動作性能の変化を避けるために散逸させる必要がある。
【０００６】
高速走査軸における水平走査速度の変調は小型ディスプレイにおける改善されたピーク輝度のために考えられてきた。それは、エッジの見かけの鮮鋭さを改善するためにCRTディスプレイに組み込まれていたが、輝度を高めるためには使われていなかった。
【０００７】
通常のレーザー・プロジェクターでは、陰極線管において電子ビームを方向制御するのと同様の仕方でレーザー・ビームをラスタ・スキャン〔走査〕するために、可動マイクロミラーが使われる。水平走査動きは、水平軸を、典型的には約18kHzである共鳴周波数において走らせることによって生成される。水平走査速度は位置とともに正弦波状に変化する。走査コントローラがスキャナ上のセンサーからのフィードバックを使って、システムを共鳴上に、かつ固定した走査振幅に保つ。スキャナがビームを前後に掃引する際の両方の方向において像が描かれる。これは、二つの形でシステム効率を助ける。第一に、共鳴上で走らせることによって、走査ミラーを駆動するのに必要とされる電力が最小化される。第二に、ビデオの双方向の水平走査は、ビデオ帰線消去期間を最小化することによってレーザー使用効率を最大化する。双方向は、レーザーが、レーザー・ビームの左右の掃引（あるいはラスタ・スキャン・パターンが回転される場合には上下の掃引）両方の間に光を発していることを含意する。これは、任意の所与のレーザー出力パワーについて、より明るいプロジェクターにつながる。
【０００８】
垂直走査方向は伝統的には標準的な鋸歯波形によって駆動され、画像の上から下への一定の速度と、新たなフレームを始めるための上端への迅速な復帰を与える。このことは図１に示される。フレーム・レートは典型的には848x480のWVGA解像度に対して60Hzであり、いくつかの条件またはいくつかの特定の応用要件のもとでは高めることもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
小型レーザー・ディスプレイの限られた用途ならびにレーザー・パワーを増すことにまつわる可能な安全上および性能上の懸念に照らして、より最適に小型レーザー・ディスプレイを動作させる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
提供される方法は：走査すべき画像についての画像データを受領する段階と；前記画像データに応答して光ビームを生成する段階と；第一の軸（X軸）に実質的に平行で第二の軸（Y軸）に実質的に垂直な振動する振幅をもつサイクルを含む、前記光ビームを方向付けるための水平走査プロファイルを形成する段階と；前記サイクルに応答して巡回的な変動〔ウォビュレーション（wobulation）〕を形成する段階と；前記巡回的な変動を含む垂直走査プロファイルを生成する段階と；前記光ビームが、前記第一の軸（X軸）と平行に水平に振動しながら前記第二の軸（Y軸）に平行に第一の端から終端まで垂直に駆動されるよう、前記垂直走査プロファイルおよび前記水平走査プロファイルの合成である波パターンに従って前記光ビームを走査して前記画像を形成する段階とを含む。
本方法はさらに、時間の関数としての前記第二の軸に沿った動きのベースライン垂直走査プロファイルを生成する段階と；時間に対する前記第二の軸に沿った動きの巡回的な変動プロファイルを提供または選択する段階であって、前記巡回的な変動プロファイルは個々の変動サイクルを含み、ある変動サイクルは波パターンの単一の波のある半分に対応し、別の変動サイクルは前記単一の波の第二の半分に対応する、段階と；前記巡回的な変動プロファイルを前記ベースライン垂直走査プロファイルに加えて前記垂直走査プロファイルを得る段階とを含むことができる。
前記ベースライン垂直走査プロファイルは、線形関数であることができ、前記波パターンは一連の単一の波を含むことができ、前記単一の波は、前記第一の軸（X軸）に沿って一方向に振動する第一の半分の振幅をもつ第一の半分と、前記第一の軸（X軸）に沿って前記一方向と反対の第二の方向に振動する第二の半分の振幅をもつ第二の半分とをもつことができる。個々の単一の波の前記第一の半分と第二の半分は、前記第二の軸について対称的であることができる。
さらに、本方法は、時間の関数としての前記第二の軸に沿った動きのベースライン垂直走査プロファイルを提供する段階と；時間に対する前記第二の軸に沿った動きの巡回的な変動プロファイルを提供または選択する段階であって、前記巡回的な変動プロファイルは個々の変動サイクルを含み、ある変動サイクルは前記波パターンの前記単一の波の前記第一の半分に対応し、別の変動サイクルは前記単一の波の前記第二の半分に対応する、段階と；前記巡回的な変動プロファイルを前記ベースライン垂直走査プロファイルに加えて前記垂直走査プロファイルを得る段階とを含むことができる。
本方法はさらに、走査線を形成する、閲覧表面上での前記光ビームの完全な水平掃引を含むことができ、それらの走査線は、前記ベースライン垂直走査プロファイルを使って前記ビームを走査することに対応するであろう走査線の前記第一の軸に関する平均絶対角より小さい、前記第一の軸に関する平均絶対角を有する。
【００１１】
本発明の追加的な実装は、前記第二の軸において可変走査速度値を用いることを含むことができる。ここで、前記走査速度値は、前記画像データについて必要とされる輝度レベルに応答する。さらに、実施形態は、前記光ビームの完全な水平掃引から閲覧表面上に走査線を形成する段階と；前記第二の軸に沿って配向される完全な走査線について必要とされる全輝度レベルと逆の関係にある（inversely  related）よう前記走査速度値を設定する段階とを含むことができる。
【００１２】
本発明は、異なる色の少なくとも三つの異なる光ビームを提供する手段と；前記光ビームを走査する手段とを有する小型プロジェクターへの実施形態をも含むことができる。前記走査手段は、画像を形成するために、スクリーンにおける第一の端から終端まであるパターンに従って前記光ビームを走査するよう適応されることができる。前記パターンは諸走査線の波パターンであり、前記ビームが第二の軸（Y軸）に沿って順次走査する際に第一の軸（X軸）に沿って振幅が振動する。第二の軸は第一の軸に垂直である。理想的には、前記ビームの源は、スクリーンの前方中央に位置され、前記スクリーンの中央部分における前記ビームは前記スクリーンに垂直になる。しかしながら、本発明を組み込むシステムは一般にモバイルなので、位置関係は変わりうる。いくつかの場合には、前記源はスクリーンの中心より低くてもよいが、それでも横方向には中央にあることができる。前記波パターンは垂直走査プロファイルおよび水平走査プロファイルの合成であることができ、前記垂直走査プロファイルは前記振幅に対応する巡回的な変動をもつことができる。当該小型プロジェクターでは、前記走査手段は、ベースライン垂直走査プロファイルに第二高調波の波パターンを加えて前記垂直走査プロファイルを作るよう適応されることができる。前記第二高調波の波パターンは前記水平走査プロファイルに応じたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【図１】本発明に組み込まれる合成ラスタ・スキャン・パターンならびに成分となる垂直および水平走査パターンを示す図である。
【図２】一様な輝度を有するビデオ画像および非一様な輝度を有するビデオ画像についてのラスタ・スキャン・パターンを示す図である。
【図３】一様輝度フレームおよび非一様輝度フレームを有するビデオ画像についての成分垂直走査パターンを示す図である。
【図４】本発明に基づくシステム・アーキテクチャのブロック図である。
【図５】本発明に基づくぎざぎざのラスタ・スキャン・パターンを示す図である。
【図６】本発明に基づくぎざぎざのラスタ・スキャン・パターンを示すもう一つの図である。
【図７】ぎざぎざのラスタ・スキャンの、可変垂直走査との組み合わせを示す図である。
【図８】本発明の実装のさまざまな使用を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ピーク輝度を増し、レーザー・ベースであっても発光ダイオード・ベースであってもよい小型ディスプレイの画像一様性を維持および／または改善するために、走査速度のある種の変調および／またはぎざぎざの走査パターンを組み込む本発明の実施形態が開示される。のちにより詳細に述べるぎざぎざの走査は、一般に、垂直および／または水平走査プロファイルに何らかの変動特徴をもたせることによって達成できる。ここで、変動〔ウォビュレーション（wobulation）〕とは、点の軌跡についてある次元方向での何らかの微妙な振動を含意する。微妙な振動とは、変動運動が、その次元方向における走査動きの完全な範囲より実質的に小さいまたはその一部であることを含意する。
【実施例１】
【００１５】
本発明に組み込まれる小型ディスプレイにおける重要な考察は、一様な水平走査パターンを生成するために水平帰線消去期間を必要とするCRTとは異なり、水平帰線消去が実際的ではないということである。その理由は、実際の像生成段階の間の水平帰線は有効ディスプレイ輝度を半分に減らすということである。これは、レーザーまたはLEDビームについての復帰時間がアクティブな走査時間に等しいという事実のためである。
【００１６】
本発明は、ビームをラスタ・スキャンするためのサーボ方向制御システム機構を有する、単一のミラー、マイクロミラー、ミラーもしくはマイクロミラーの集合または光ファイバー・ケーブル・システムを組み込むことができる。ミラーという用語が本明細書を通じて言及されるが、光ビームを走査する他の好適な手段も本発明の特徴と考えられることが意図されている。そうした他の好適な手段は、マイクロミラー、ミラーの集合、走査可能な光ファイバー・ケーブルなどを含む。
【００１７】
水平スキャンの動きは水平軸を、約18kHzであるその共鳴周波数において走らせることによって生成される。水平走査速度は、位置とともに正弦波状に変化する。水平および正弦波状という表現が使われているが、本発明の実施形態は、ラスタ・スキャンが回転されているシステムであることもできることが意図されており、さらに、さまざまなジグザグ配位、鋸歯配位および他の好適な横波パターンといった他の波パターンが好適な実施形態であることも意図されていることを注意しておくこと、ビームは波サイクルの両方の方向において走査されることが意図されていることを理解しておくことも重要である。
【００１８】
ミラーまたはミラー・システムの走査コントローラは、スキャナ上のセンサーからのフィードバックを使って、システムを共鳴上かつ固定した走査振幅に保つことができる。スキャナが前後に掃引する際に両方の方向において像が描かれる。これは、これは、二つの形でシステム効率を助ける。第一に、共鳴上で走らせることによって、走査ミラーを駆動するのに必要とされる電力が最小化される。第二に、双方向走査（すなわち、左右の掃引の間の光の投射）は、ビデオ帰線消去期間を最小化することによってビーム使用効率を最大化する。これは、任意の所与のレーザーもしくは光出力パワーについて、より明るいプロジェクターにつながる。
【００１９】
垂直走査方向は標準的な鋸歯波形によって駆動され、画像の上から下への一定の速度と、新たなフレームを始めるための上端への迅速な復帰１９を与える。このことは図１に示される。フレーム・レートは848x480のWVGA解像度に対して60Hzであることができる。フレーム・レートまたは解像度は、いくつかの条件のもとではまたはいくつかの特定の応用要件については（たとえばビデオの特定のフレームが複数回フラッシュまたはスキャンされるシステムにおいては）高めることもできる。本発明によって利用される一般的なラスタ・スキャン・パターンの図が図１に示されている。具体的には、図１のＡは、プロジェクターの光１２のビームがどのようにミラー（またはミラー系）によって、スクリーンまたは壁１１を横断して走査されるかを示している。この特定の例では、図１のＡは、時間の関数としてX軸にわたって水平方向に、かつY軸に沿って垂直方向にミラーが回転する結果を示している。ここで、T＝0は、光１２がスクリーン１１上に最初に投影される時間であることができる。時刻T=0は、図１のＡに示されるようにスクリーンの上端１３に対応することができ、T＝0は水平な水準Y＝＋fで始まることができる。T＝cは閲覧可能なスクリーンの底部１４に対応することができ、T＝cは水平な水準Y＝−fにあることができる。図１のＡはさらに、ミラーがビーム１２を、T＝0におけるY＝＋fからT＝cにおけるY＝−fまで正弦波状に下方にラスタ・スキャンすることを示している。これが事実上、ビデオ・データの一フレームまたはサブフレームについてのビデオの画像を完成させる。ビームの右および左への個々の走査の数は、ディスプレイについての設計解像度およびピクセル数といったシステム要件および／または特性に依存して変わりうる。個々のフル走査サイクルのそれぞれは、ビームが垂直な位置X＝＋gにおいてスクリーンの垂直な右端１７に到達する際の走査の最右端における過剰走査〔オーバースキャン〕された右消去領域１５と、ビームが垂直な位置X＝−gにおいてスクリーンの垂直な左端１８に到達する際の走査の最左端における過剰走査された左消去領域１６とを含むことができる。過剰走査された消去領域は、閲覧可能なスクリーンの外部であって、ビームがオンでないかまたはビームが適切に遮蔽される領域である。スクリーン１１の底部１４および上部１３でも、ミラーが閲覧可能なスクリーン端の外に対応する位置に垂直投影される過剰走査があることができる。
【００２０】
図１のＢは、走査ミラーの垂直成分を示しており、図１のＣは、水平走査成分２５を示している。図１のＢは、ミラーがどのようにしてビームを、T＝0におけるY＝＋fにおけるスクリーンの上端１３からT＝cにおける底部Y＝−fまで下方に走査するかを示している。図１のＢでは、縦軸は時間軸であり、横軸はY軸である。
【００２１】
図１のＣは、ミラーがビームを、T＝0における中心線X＝0から右端１７に、そして過剰走査された消去領域１５へと横方向右に、次いで左端１８へ左方向に、次いで右端１７へ、などと、ビームがT＝cにおいて中心線X＝0に到達するまで振動させる様子を示している。図１のＣは、正弦波状サイクルの両極端においてミラーが向けられる、X＝−gおよびX＝＋gを越えた投影位置である過剰走査される消去領域１６、１５をも示している。
【００２２】
図１のＢを参照するに、垂直成分の傾きが線形であり、ビデオの特定の画像フレームのために必要とされる輝度がフレームを通じて一様である場合には理想的であることを指摘しておくことが重要である。しかしながら、本発明のキーとなる特徴は、特定のフレームについて必要とされる輝度が、ある領域が他の領域よりより高い輝度を必要とするという意味で一様でないときは、垂直成分のレートがビデオの特定のフレームの間に変化することである。よって、技術的には、ある横方向領域から隣接する横方向領域にかけて輝度変化があるべきとき、時間Tに対するY位置の二階微分が0でなくなり、時間Tに対するY位置の傾きは、輝度が低減されるべき場合に増加し、輝度が減らされるべきべきときには減少する。
【００２３】
図２のＡは、プロジェクター２４の色ビーム１２が図１のＢに示される垂直走査レートを使うときに走査される際の、例示的な期待される走査線間隔を示している。ここでは、垂直走査は一定の傾き２０をもつ。
【００２４】
図２のＢは、対照的に、ラスタ・スキャンの異なる部分の間、垂直走査速度を意図的に変えることによって、走査線間隔がどのように変えられるかを示している。そのような場合、より高い輝度が必要とされるときは、垂直レート成分はより高い輝度を必要とする領域では遅くされる。必要とされる輝度がより低い場合には、垂直レート成分は増大させられる。この例では、図２のＢにおけるスクリーンの中央の横方向部分は低速走査領域２１であり、この領域は二つの高速走査領域２２によって囲まれている。それにより、領域２２を代償として領域２１に追加的な光をより効率的に供給する。
【００２５】
図３のＡおよびＢは、あるビデオ・フレームが一様な輝度を要求し、別のフレームが非一様な輝度を要求する場合の本発明の例を示している。図３のＡに示される垂直走査レートは、図２のＡに見られる一様な走査線間隔結果を生じ、図３のＢに示される垂直走査レートは、図２のＢに見られる非一様な走査線間隔結果を生ずる。図３のＢは、図２のＢにおけるスクリーンの中央の横方向部分がどのようにして緊密な走査線間隔をもつことができるか、上および下の横方向部分がどのようにしてより広い間隔をもつことができるかを示している。図２のＢにおける間隔特性は、図３のＢに示されるように、二つの高速走査領域２２によって囲まれた低速走査領域２１を有する結果である。高速走査は、ミラーによる走査ビームの垂直方向の動きもしくは変位の時間に対する傾きが、スクリーンのフレーム全体を通じて走査線間隔が一様であるスクリーンについての一定のまたは平均の垂直方向の動きもしくは変位よりも大きいことを含意する。低速走査は、ミラーによる走査ビームの垂直方向の動きもしくは変位の時間に対する傾きが、スクリーンのフレーム全体を通じて走査線間隔が一様であるスクリーンについての一定のまたは平均の垂直方向の動きもしくは変位よりも小さいことを含意する。
【００２６】
まとめると、本発明は、垂直走査速度を変調することによってディスプレイのピーク輝度を有利に増大させる。より具体的には、輝度を改善するための走査速度変調（SVM:  scan  velocity  modulation）は、レーザー・ビームが明るい映像領域においてより多くの時間を費やし、暗い映像領域においてはそれほどの時間を費やさないことを強制することによって達成される。
【００２７】
SVMが水平方向および／または垂直方向で実行できることを指摘しておくことが重要である。しかしながら、水平走査が高周波数であり、走査機構が機械的であるため、これは一般には現実的ではなく、現在のところ水平方向のSVMを実装することは難しい。
【００２８】
本発明のコンテキストにおいて言及されるとき、水平方向のSVMという表現は、走査速度が特定のディスプレイのベースライン水平軌跡特性から逸脱するようにする水平走査速度の何らかの変化を意味することが意図されていることに注意されたい。これは、ディスプレイについて図１のＣに示されるベースライン水平軌跡特性は、設計による閲覧可能なスクリーン領域内でのわずかな非線形性を示しているが、水平方向のSVMは適用されていないと考えられることを意味している。ディスプレイが水平方向のSVMを有していると考えるためには、図１のＣにおける半サイクルの一つの中で、輝度需要に応答して現在の傾き特性に対する何らかの傾き変化がなければならないであろう。同様に、垂直ベースライン走査速度に何らかの軽微な非線形性が組み込まれていることがありうる。それは、光源がスクリーンと横方向に整列していないこと、あるいはビーム成形および／またはスクリーン形状に関連する幾何学的な独自性／要件を含むいくつかの理由のためでありうる。よって、垂直方向のSVMは、輝度需要に応答した、時間に対する垂直位置の傾きにおける、ベースライン傾きプロファイルからの何らかの逸脱があることを意味する。
【００２９】
水平方向のSVMが利用されることはできるが、本発明は垂直方向のSVMの使用のほうにより焦点を当てる。これは、垂直走査成分はずっと低い周波数をもち、水平方向のSVMについてより著しく多くの余地があるからである。垂直方向のSVMが用いられるとき、図２のＡに対する図２のＢに示されるように、水平走査線間隔が変調される。図２のＢは原理を示すために効果を誇張している。実際上は、変調は、走査線構造の気づかれるほどの可視性を防ぐ範囲および走査線間隔を増したところでの過剰な解像度の劣化や垂直方向の詳細の劣化を防ぐ範囲に限定される。
【００３０】
図４は、所望されるピークをもつスクリーン輝度を向上させ、より効果的に得るためのシステム・アーキテクチャのブロック図である。この概略図では、線輝度検出器４０１がビデオの各線について最大輝度値を決定するために用いられる。ビデオの個々の線について必要とされる輝度のレベルを決定するために、検出器４０１において入力ビデオが解析される。検出器は、単一の明るいピクセルにあまりに大きな重みを与えることを防ぐためにフィルタリングを使うことができる。図４のアーキテクチャのブロック４０３は、一組のルックアップテーブルを提供する。各テーブルの機能は、線輝度値を所望される線間隔、あるいは所望される線周波数を示す値にマッピングすることである。複数のテーブルが使われるのは、複数のディスプレイ・プロファイルを提供するためである。たとえば、個々のルックアップテーブルはそれぞれ、コントローラ４０５が選択すべき、最大輝度向上の異なるレベルに対応することができる。よって、所与のビデオ・フレームについて、システムまたはコントローラ４０５は、特定のルックアップテーブルを用いることに関連する、所与のフレームについての画像を走査するための、時間的特性（全垂直走査時間など）および／または間隔特性（たとえば集合的な走査線間隔）を計算することができる。各ルックアップテーブルの実装に関連する線間隔値は、加算ブロック４０４において合計されることができ、所与のフレームについて各ルックアップテーブルに関連する各ディスプレイ・プロファイルについてのフレーム合計値を生成する。加算ブロック４０４におけるこの総和は、事実上、所与のルックアップテーブルのパラメータを実装するために必要とされる全垂直走査時間であることができる。コントローラ４０５は、目標合計に最も近く一致するまたは少なくとももう一つのルックアップテーブルより目標合計によく一致するルックアップテーブルについてのフレーム合計を位置特定することができる。これは、コントローラ４０５が、利用可能なルックアップテーブルのうち最高の映像輝度を生じ、それでいて光ビームのすべての掃引が、固定したビデオ・フレーム・レートの制約の下で完全に走査されることを許容するルックアップテーブルを選択することを意味することができる。換言すれば、輝度を高めるが、あまりに少数もしくはあまりに多数の水平走査を行わせる垂直走査レートの変化を要求するおよび／または固定したビデオ・フレーム・レートの低下を要求するようなルックアップテーブルは、その所与のフレームについては用いられない。次いで、コントローラ４０５は、個々のピクセル位置をスクリーン上に適正に配置するよう、垂直補間器４０６を制御するために、対応するディスプレイ・プロファイルを実装する。
【００３１】
補間器４０６に関し、走査線または光ビームの掃引が、本発明について、スクリーン上のすべてのフレームについてのピクセルに関して固定ではないことを指摘しておくことが重要である。これは、特定の走査線がすべてのフレームについて閲覧表面上の同じ特定のピクセルに割かれている既知のプロジェクター・システムとは異なる。むしろ、本発明では、異なる複数のフレームについて光ビーム出力が独自に合成される。そのためのミラーまたは走査手段の垂直方向および水平方向の位置決めにより、特定のフレームについて光ビームが走査される際に、色度（chromaticity）および明度（luminosity）の点での光の適切なレベルがスクリーン上の正しいピクセル位置に投影される。ここで、個別的な走査線の物理的な位置および間隔はフレームによって変わり、個別的な走査線が照射するよう意図されているピクセルはフレームによって変わる。たとえば、本発明のある実装では、あるフレームについては、光ビームの五番目の完全な水平走査がスクリーン・ピクセルの第八行における第一、第二および第三のピクセルについての必要とされる光を提供することができ、別のフレームについては、光ビームの五番目の完全な水平走査がスクリーン・ピクセルの第六行における第一、第二および第三のピクセルについての必要とされる光を提供することができる。
【００３２】
いずれにせよ、コントローラ４０５は、輝度変調器４０７においてビームを変調するための入力を提供し、対応して適切な走査速度変調を選択するよう垂直走査コントロール４０８を駆動する。コントローラ４０５およびビデオ・フレーム遅延プロセッサ４０２の両方が垂直補間器４０６の入力として使われる。ディスプレイ走査線の総数を一定に保つため、より密集して表示される走査線は、より離間して表示される走査線によって相殺される必要がある。ビデオ・フレーム遅延４０２は、コントローラ４０５が、所与のフレームについて、用いるべき最善のまたはよりよいルックアップテーブルを決定し、システム・コンポーネントを駆動するために用いるべき適切な値もしくは制御信号を決定するのに十分な時間を与えられることを保証するために用いられることができる。走査線当たりの所望される間隔は輝度の非線形関数なので、輝度向上の最良のバランスを決定するためにルックアップテーブルが用いられる。
【００３３】
下記の表は、映像輝度を倍にするためのプロファイルを表すルックアップテーブルの例を示している。
【００３４】
【表１】
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最大輝度が100の線については、線間隔は0.50単位となる。ここで、1.00単位が水平走査線の一様な間隔についての線間隔寸法である。よって、0.50単位の間隔は、既知のプロジェクター動作条件に比べ、有効輝度を二倍にする。25以下の最大輝度をもつ線については、走査線間隔は2.00となり、レーザー強度は、二倍の走査線高さおよび二倍の輝度という組み合わされた目標を保証するために四倍になる必要がある。映像内容に依存して、このプロファイルは目標合計に一致するフレーム合計を与えても与えなくてもよい。フレーム合計が不十分である場合には、映像輝度向上は抑制する必要がある。フレーム合計が必要とされるより大きい場合には、走査線間隔は当該フレームにわたって比例的に減少させられる。いずれの状況でも、これらの場合に対応するプロファイルをもつルックアップテーブルが、コントローラを指揮するために使われることができる。この例において、ルックアップテーブルは走査線間隔出力を与えていることを注意しておく。代替的な手法では、ルックアップテーブルは走査線周波数出力を与える。
【００３５】
他のルックアップテーブルはたとえば、輝度を事実上、通常の非可変走査レートを使ってシステムを動作させる場合の1.25倍、1.5倍、3倍または4倍に高める機会を提供することができる。たとえば、他のルックアップテーブルは1.25倍（輝度目標125）、1.5倍（輝度目標150）、3倍（輝度目標300）および4倍（輝度目標400）の向上をもつことに対応することができ、それぞれ0.80、0.67、0.33および0.25の走査線間隔最小出力をもつことができる。これらの他のルックアップテーブルについて、走査線間隔が2.0（出力）から変わりはじめる輝度目標点は、上記の表におけるように60にあることもでき、あるいは他の何らかのレベルにあることもできる。最大の走査線間隔と最小の走査線間隔との間の個別的な値は、上記の表と同様の仕方でスケーリングされることができる。上記で示した一つの表および例は単に本発明の使用についての概念を例示するものである。実際のルックアップテーブルはより多くのデータを含んでいてもよく、異なる値を組み込んでいてもよい。
【００３６】
まとめると、走査変調のこの特徴に関し、レーザー・マイクロプロジェクターまたは発光ダイオード・マイクロプロジェクターのような小型プロジェクターであって、スクリーン上でビームを走査するミラーの走査速度変調を用いることによって輝度を改善するものが提供される。輝度を増すために、レーザー・ビームまたは光は、より高い輝度をもつはずのスクリーン領域上でより多くの時間を費やす。その結果、レーザー・ビームは、より低い輝度領域であるはずのスクリーン領域上ではより少ない時間を費やす。ディスプレイ高さを一定に保つため、より密集している走査線は、より離間して表示される走査線によって相殺される。システムは、図２に示されるように一つの鏡をもつことができ、あるいは複数の鏡をもつこともできる。また、それぞれ異なる原色についての複数のレーザーがあってもよい。さらに、本開示は、ラスタ・スキャン・ミラー（単数または複数）をもつ小型プロジェクター・システムの動作方法であって、投影すべき画像の各領域について所定の目標機度をもつ画像を受領する段階と；ミラーの水平走査レートが全体的にそれらの領域についての目標輝度に反比例するよう、前記画像をスクリーン上にラスタ・スキャンする段階とを含む方法として特徴付けられることができる。
【００３７】
小型プロジェクターのもう一つの特徴は、非一様な走査パターンである。これはしばしば、輝度を改善するためになされる譲歩の結果でありうる。
【実施例２】
【００３８】
図５のＢは、本発明に基づくぎざぎざの（serrated）ラスタ・スキャン・パターン５１２を示す図である。図５のＢは、図１のＡに示されるスキャンのようなぎざぎざのない左右の走査掃引より、平行に近い左右の掃引を生じることができる。これは、輝度の一様性および解像度の一様性の両方を改善できる。ぎざぎざ付きの走査は、ベースライン垂直走査プロファイル５０２に少量の変動５０１を加えることによって達成できる。この変動５０１は、水平線周波数の二次高調波または図１のＣにおける水平走査プロファイルの二次高調波であることができる。これは、垂直走査変調信号を介して、あるいはマイクロ・ミラー・アセンブリーに結合された副次的な高周波数トランスデューサを通じて達成されてもよい。図５のＡに示されるように正弦波状であってもよいこの変動５０１は、ベースライン垂直走査成分５０２に加えられることができ、それにより結果的なぎざぎざのある垂直走査パターン５０３が生じる。このぎざぎざのある垂直走査成分５０３は、図１のＣにおける水平走査成分と一緒に走らされるとき、ぎざぎざのあるラスタ・スキャン５１２を生じる。
【００３９】
図６は、変動６０１を増すことによってぎざぎざの振幅が変えられるぎざぎざのある走査の追加例を示している。この例もまた、二次高調波の使用を示している。変動６０１はベースライン垂直走査成分６０２に加えられて、結果として得られるぎざぎざの垂直走査パターン６０３が生じる。このぎざぎざの結果的な垂直走査パターン６０３は次いで、図１のＣの水平走査成分と一緒に走らされ、ぎざぎざのラスタ・スキャン６１２が生じる。
【００４０】
本開示のこの第二の特徴は、単独で、あるいは一定の垂直速度走査もしくは可変の走査との関連で、表示の一様性を高めるために使用されることができる。図７は、この第二の特徴がどのように可変垂直走査レートと組み合わされることができるかを示している。ここで、第一のスクリーン位置７０１における垂直走査レートは、第二のスクリーン位置７０２における垂直走査レートより高く、光ビームのラスタ・スキャン７１２はスキャンを通じてぎざぎざが付けられている。
【００４１】
まとめると、本発明の第二の部分は、ぎざぎざのラスタ・スキャンを用いることによって、輝度を減らすことなく、ディスプレイ／スクリーンの一様性を改善する小型プロジェクターとして特徴付けされることができる。
【実施例３】
【００４２】
さらに、本開示の第二の特徴および第一の特徴は輝度を高めつつ一様性を維持するよう組み合わされることができることを指摘しておくべきである。換言すれば、ぎざぎざは、可変走査法を用いることによって輝度を改善しようとする試みによって生成されうる歪みの一部を補正してもよい。
【００４３】
図８は、本発明の実装のためのフローチャートを表している。ブロック８０１は、投影すべき複数のフレームまたはサブフレームの画像データを受領する段階を表している。ブロック８０２はスクリーン１１上への投影のために、源からの複数の光ビーム１２、１２ａ、１２ｂを生成する段階を表す。ブロック８０３は、走査速度変調なしにぎざぎざを実装するか、走査速度変調とともにぎざぎざを実装するか、あるいはぎざぎざなしに走査速度変調を実装するかを選択するための判断段階である。走査速度変調なしのぎざぎざが選択される場合、ブロック８０７に進む。このブロックは、光ビームを向き付けるための図１のＣの水平走査プロファイルを形成することに関わる。ここで、水平走査プロファイルは、第一の軸（X軸）に実質的に平行で、第二の軸（Y軸）に実質的に垂直な振動する振幅をもつサイクルを含む。次のブロック８０８は、それらのサイクルに応答して巡回的な変動を形成し、該巡回的な変動を含む垂直走査プロファイル（５０３）を形成することを含むことができる。ブロック８０９は、像を形成するよう、垂直走査プロファイルおよび水平走査プロファイルの合成である波パターン５１２、６１２に従って光ビーム１２ａを走査する段階を表すことができる。それにより光ビームは、第一の軸（X軸）と平行に水平に振動しながら第一の端１３ａから終端１４ａまで第二の軸（Y軸）に平行に、垂直に駆動される。
【００４４】
ぎざぎざなしで走査速度変調が選択される場合、ブロック８０４に進む。ブロック８０４は、ビデオ・データの個々のフレームまたはサブフレームについての輝度特性を解析する段階を表す。ここで、ビデオの各線について最大輝度値を決定するために線輝度検出器４０１が用いられる。次のブロック８０５は、コントローラ４０５によるルックアップテーブル４０３の解析および選択を表す。ここで、コントローラ４０５は、特定のルックアップテーブルを用いることに関連する、所与のフレームまたはサブフレームについての画像を走査するための、時間的特性（全垂直走査時間など）および／または間隔特性（たとえば集合的な走査線間隔）を計算することができる。各ルックアップテーブルの実装に関連する線間隔値は、加算ブロック４０４において合計されることができ、フレームまたはサブフレーム合計値を生成する。これもブロック８０５に含まれることができる。次の段階はブロック８０６によって表され、光源についての駆動条件および垂直および水平走査プロファイルを決定し、用いることを含む。この段階は、第二の軸における可変走査速度値を用いる、当該画像データについて必要とされる輝度レベルに応答する走査速度値を割り当てる、走査速度値を第二の軸に沿って配向されている完全な走査線について必要とされる全輝度レベルと逆の関係にあるよう設定する、および／または走査線を、当該画像データについて必要とされる輝度レベルに応答して非一様な間隔となるよう構成することに関わることができる。ここで、当該画像データはビデオのn個の完全なフレームを含むことができ、あるフレームから別のフレームにかけて固定した数の走査線がある。
【００４５】
走査速度変調がぎざぎざとともに選択される場合、ブロック８１０に進む。ブロック８１０は、ビデオ・データの個々のフレームまたはサブフレームについての輝度特性を解析する段階を表す。ここで、ビデオの各線について最大輝度値を決定するために線輝度検出器４０１が用いられる。次のブロック８１１は、コントローラ４０５によるルックアップテーブル４０３の解析および選択を表す。ここで、コントローラ４０５は、特定のルックアップテーブルを用いることに関連する、所与のフレームまたはサブフレームについての画像を走査するための、時間的特性（全垂直走査時間など）および／または間隔特性（たとえば集合的な走査線間隔）を計算することができる。各ルックアップテーブルの実装に関連する諸線間隔値は、加算ブロック４０４において合計されることができ、フレームまたはサブフレーム合計値を生成する。これもブロック８１１に含まれることができる。次の段階はブロック８１２によって表され、光源についての駆動条件および所望される線間隔についての垂直および水平走査プロファイルを決定することを含む。この段階は、第二の軸における所望される可変走査速度値を決定する、当該画像データについて必要とされる輝度レベルに応答する走査速度値を割り当てる、走査速度値を第二の軸に沿って配向されている完全な走査線について必要とされる全輝度レベルと逆の関係にあるよう設定する、および／または走査線を、当該画像データについて必要とされる輝度レベルに応答して非一様な間隔となるよう構成することに関わることができる。ここで、当該画像データはビデオのn個の完全なフレームを含むことができ、あるフレームから別のフレームにかけて固定した数の走査線がある。次のブロック８１３は、光ビームを向き付けるための水平走査プロファイルを形成することに関わる段階である。ここで、水平走査プロファイルは、第一の軸（X軸）に実質的に平行で、第二の軸（Y軸）に実質的に垂直な振動する振幅をもつサイクルを含む。次のブロック８１４は、それらのサイクルに応答して巡回的な変動を形成し、該巡回的な変動を含む垂直走査プロファイル（５０３）を形成することを含むことができる。ブロック８１５は、像を形成するよう、垂直走査プロファイルおよび水平走査プロファイルの合成である波パターン（５１２、６１２）に従って光ビーム（１２ａ）を走査する段階を表すことができる。それにより光ビームは、第一の軸（X軸）と平行に水平に振動しながら第一の端（１３ａ）から終端（１４ａ）まで第二の軸（Y軸）に平行に垂直に駆動される。
【００４６】
以上は、本発明を実施するための可能性のほんのいくつかを例示するものである。本発明の範囲および精神内で、他の多くの実施形態が可能である。したがって、以上の記述は限定するものではなく例解するものと見なされ、本発明の範囲は等価物の完全な範囲ともども付属の請求項によって与えられることが意図されている。たとえば、本発明の特徴の多くが小型プロジェクターのコンテキスト内で記述されているものの、本発明は他のプロジェクター・システムにも適用可能である。
【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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【国際調査報告】
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