JP5632473B2 - 走査振幅を変化させることによる走査型プロジェクタの歪みの補正 - Google Patents

Description

背景
プロジェクタによって投影された画像は、軸外への投影および/または平面ではない投影面または不均一な投影面への投影によって歪む可能性がある。一般的には、そのような投影の歪みは、画像を投影する前に、ビデオコンテンツ（映像コンテンツ）を予備的に補正することによって補正できるが、このような方法で創り出された歪みのない画像は、スキャナによってアドレス指定された歪んだ指定領域の中に映し出されるために、潜在的な輝度の喪失を引き起こす可能性がある。このため、この技術は理想的ではない。言い換えれば、投影の歪みを減少させるために映像を予備的に補正することで、点灯時対消灯時の負荷サイクルが減少されることで表示画面の輝度が下がる。その結果、ユーザは暗い画像を経験するか、または画像の輝度の増加が要求されることで電力の浪費となる。

投影の歪みを補正するもう一つの一般的な方法は、投影後に画像が歪んでいない状態で現れるように、投影される前に画像またはビデオコンテンツの予備歪処理のため、プロジェクタの電子要素を補間処理することである。このような構成では、表示される画像が長方形であると仮定すれば、予備歪処理された画像は結果として、画像源のオリジナル部位内に写し出される非長方形状である。この結果、画像源の一部は完全には利用されず、輝度は最終的な投影画像で不均一となるであろう。

本発明の対象事項は、明細書の結論部において具体的に指摘され、明確に記述されている。しかしながら、そのような対象事項は添付の図面とあわせて、以下の詳細な説明を参照することで理解されるであろう。

図１は、一以上の実施形態による走査ビームディスプレイの概略図である。 図２は、一以上の実施形態による走査ビームディスプレイの電子回路のブロック図である。 図３は、一以上の実施形態による二軸型の二次元走査プラットフォームによるラスターパターンの発生を示す概略図である。 図４は、一以上の実施形態による軸外への投影の結果として投影された画像の歪みの発生を示す概略図である。 図５は、一以上の実施形態による補正可能なくさび形の歪を示す概略図である。 図６は、一以上の実施形態による水平軸の振幅の変更による投影画像内の歪みの補正を示す概略図である。 図７は、一以上の実施形態による垂直軸の振幅の変更による投影画像内の歪みの補正を示す概略図である。 図８は、一以上の実施形態によるフィードバックループによる投影画像内の歪みの検出と補正を示す概略図である。

図示の単純化および/または明確化のため、図面で図示された要素の縮尺は必ずしも正確ではない。例えば、一部の要素の寸法は明確化のためにその他の要素に対して誇張されている場合がある。さらに、適切である場合には、参照番号は対応する構成要素および/類似する構成要素を示すために図を通して反復されている。

詳細な説明
以下の詳細な説明では、本発明の対象事項の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細な事項が説明されている。しかしながら、当業者であれば、本発明の対象事項を、これらの詳細な事項がなくとも実施可能であることを理解するであろう。あるいは、よく知られた方法、手順、部材および/または回路については詳細には説明していない。

以下の説明および/または請求項において、連結されるおよび/または接続されるという用語がそれらの派生語と同様に使用されている場合がある。特定の実施形態において「接続される」とは二以上の要素が直接互いに物理的および/または電気的に接触していることを示す目的で使用することができる。「連結される」とは、二以上の要素が、直接、物理的および/または電気的に接触している状態にあることを意味する可能性がある。ただし「連結される」は、二以上の要素が互いに直接接触していないものの、互いに協同しおよび/または相互作用していることも意味する場合がある。例えば、「連結される」とは、二以上の要素が互いに接触していないが、別の要素または仲介要素を介在させて間接的に結合していることも意味する場合がある。最後に、「〜の上に（ｏｎ）」、「を覆っている（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」および「〜の上方に（ｏｖｅｒ）」という用語が、以下の説明および請求の範囲で使用されている場合がある。「〜の上に」、「を覆っている」、および〜の上方に」の用語は、二以上の要素が互いに直接物理的に接触していることを示す目的で使用することができる。ただし、「〜の上方に」は、二以上の要素が互いに直接的に接触していないことを意味することもまたある。例えば、「の上方に」とは一つの要素が別の要素よりも上方に存在し、互いに接触しておらず、その二つの要素の間に別の要素を有する場合もあるということを意味する可能性がある。さらに、「および/または」という用語は「および」を意味する場合と、 「または」を意味する場合と、「排他的論理和」を意味する場合と、「一つ」を意味する場合と、「いくつか、但し全てではない」を意味する場合と、「どちらでもない」を意味する場合と、「両方」を意味する場合がある。ただし、本発明の特許請求の範囲に記載された発明特定事項の範囲はこの点で限定されない。以下の説明および/または請求の範囲では、「構成される」および「備える」という用語がそれらの派生語とともに使用されており、それらは同義語とみなされて使用される場合がある。

図１を参照して、一以上の実施形態に係る走査ビームディスプレイ（光線を走査することで表示を行う表示装置）の概略図を説明する。図１は、説明の目的で、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を使用した表示画面である、一種の走査ビームディスプレイシステムについて説明しているが、２体の一軸型スキャナ、回転ポリゴンスキャナ、またはガルバノメトリックスキャナ（電流測定型スキャナ）を使用するその他の種類の走査ディスプレイ、並びに一例として、単一軸スキャナを備えた一次元空間光変調器（ＳＬＭ）を使用するシステム等の他の種類の走査表示も本発明の主題を利用することができる。しかし、本発明の特許請求の範囲はこれに限定されない。

図１に示すように、走査ビームディスプレイ１００は、たとえばレーザー光線である光線（ビーム）１１２を放射することができる、レーザー光源などの光源１１０を含んでいる。実施形態によっては、光源は、赤色光源、緑色光源、および青色光源を有するカラーシステム等の二以上の光源を含んでおり、光源からの光線は単一の光線に結合される。一以上の実施形態においては、光線１１２は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を使用したスキャナなどで構成される走査プラットフォーム（走査のための基本構造）１１４にあたり、制御された出力光線１２４を発生させるために走査ミラー（スキャニングミラー、走査するための反射鏡）１１６で反射する。一以上の代替的な実施形態では、走査プラットフォーム１１４は、回析光学格子、移動型光学格子、電球、回転ミラー、スピン型シリコンデバイス、デジタル式光プロジェクタ装置、フライングスポットプロジェクタ、またはシリコン上液晶デバイス、またはその他の類似する走査装置を含むことができる。水平駆動回路１１８および/または垂直駆動回路１２０は、ラスタースキャン１２６を発生させるために、走査ミラー１１６が偏向される方向を変調することで、例えば投影面および/または画像面１２８上の表示画像を創り出す。ディスプレイ制御手段１２２は、ラスターパターン１２６の出力光線１２４の位置と対応する強度とに基づく表示画像としての画像情報および/または画像の対応する画素の色情報を書き込む。これによってディスプレイ制御手段は、表示される画像の画素情報を、走査プラットフォーム１１４に同期するレーザー変調に変換して、水平駆動回路１１８と垂直駆動回路１２０を制御する。ディスプレイ制御手段１２２もまた、走査ビームディスプレイ１００のその他の多様な機能を制御する。

一以上の実施形態では、二次元画像を発生させるための二次元走査のため、水平軸をラスタースキャン１２６の水平方向とみなし、垂直軸をラスタースキャン１２６の垂直方向とみなす。走査ミラー１１６は、出力光線１２４を相対的に高い周波数で水平にスイープ（掃引）でき、相対的に低い周波数で垂直にもスイープできる。その結果、レーザー光線１２４の走査される軌道が得られて、ラスタースキャン１２６が得られる。高速走査が垂直方向に、低速走査が水平方向となるように、高速軸と低速軸を交替させることもできる。しかしながら、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。

一以上の特定の実施形態では、図１で示し、説明された走査ビームディスプレイは、マイクロビジョン インク．（アメリカ合衆国ワシントン州レッドモンド）によって開発されたピコプロジェクタを含むことができ、ＰｉｃｏＰ（登録商標）と称される。これらの実施形態では、そのようなピコプロジェクタの光源１１０は、一つの赤色レーザーと、一つの緑色レーザーと、一つの青色レーザーとを含むことができ、各々のレーザーからの光を集光し、出力部にて非常に小さい開口数（ＮＡ）の光線を提供するレンズをそれぞれのレーザーの出力部付近に備えている。これら三つのレーザーからの光は、その後に二色性の要素と組み合わされて、単一の白色光線（ホワイトビーム）１１２となる。ビームスプリッタ（分配器）および/または基本的な折り返しミラーである光学素子を使用することで組み合わされた光線１１２は、ラスターパターン１２６で出力光線１２４を走査する走査プラットフォーム１１４上に設置された、二軸型ＭＥＭＳ走査ミラー１１６上に中継される。三つのレーザーを、走査される出力光線１２４の位置と同期するように調節することで、投影画像が創り出される。一以上の実施形態では、走査ビームディスプレイ１００すなわち「エンジン（特定の機能を提供する手段）」を、実施形態によっては、高さ７ミリメータ（ｍｍ）で全体積５立方センチ（ｃｃ）未満の集積された光学モジュール（ＩＰＭ）として知られる単一モジュールの中に設置することができるが、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。

一以上の実施形態では、走査ビームディスプレイ１００で赤色レーザーおよび青色レーザーのために利用される技術は、光ディスク記憶装置のために使用されるレーザー技術とほぼ同じでよい。主な相違点は、レーザーによって提供される特定の波長におけるわずかな偏移（シフト）である。そのようなレーザーは、赤色レーザーダイオードには燐化ガリウムアルミニウムインジウム（ＧａＡｌＩｎＰ）などの物質から製造でき、青色レーザーダイオードには窒化ガリウム（ＧａＮ）から製造できる。一以上の実施形態では、緑色レーザーのための技術は電気通信産業のために開発された赤外線または近赤外線レーザーに基づくことができる。直接的に変調できる緑色レーザーを発生させるため、非常に高い変調帯域幅を有する近赤外線レーザーダイオードを、例えば定期的に磁極化されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）などの周波数倍増結晶と組合みせて利用することができる。レーザーにどの周波数を使用するかは、少なくとも二つの考察事項に、少なくとも部分的に基づいている。第一に、明所視応答として知られる、異なる波長に対する人間の目の反応である。この反応は、緑色領域またはその近くでピークを有し、赤色領域と青色領域で大幅に落ち込むガウス曲線に近似する。ホワイトバランスされた表示を得るために必要な赤色および青色の出力は、波長とともに非常に迅速に変わる。例えば、眼の応答は、波長が６５０ナノメータ（ｎｍ）（デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブに使用される波長）から６３５ｎｍに変化するときに２倍に増加する。このような波長の変化は必要なレーザー出力を同じだけ降下させ、その結果さらに小さい出力で作動できる走査ビームディスプレイ１００となる。同様に、青色レーザーは可能な限り長い波長を有するように選択できる。現在、４４０ｎｍから４４５ｎｍの範囲の青色レーザーが一般的であり、そのうち、実用的には４６０ｎｍから４７０ｎｍの範囲のより長い波長を有する青色レーザーが提供されるであろう。第２の考察事項は色域である。明所視応答は緑色の波長範囲を通るピーク、またはピーク付近であるため、緑色の波長は、ディスプレイの色を増強するために選択することができる。例えば、５３０ｎｍまたはこの付近の緑色レーザーを色域を最大化またはほぼ最大化させるために利用できる。レーザーを直接的に変調する能力は走査ビームディスプレイ１００の主な特徴であるので、ワイドビデオグラフィックスアレイ（ＷＶＧＡ）の走査されたディスプレイの中央または中央付近でのピクセルタイム（画素時間）は２０ナノ秒（ｎｓ）程度でよい。この結果、レーザーは約１００ＭＨｚ程度の帯域幅を有することができる。これらは走査ビームディスプレイ１００で利用されるレーザーの類型および特徴の単なる例示であって、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。

走査ビームディスプレイ１００の一以上の実施形態では、光学素子エンジンの残りのものは、ラスタースキャン１２６の出力光線１２４の特定の位置で単一画素を発生させるように作動する。これら三つのレーザーの全ては、赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）レーザーから得られる幅広い色域の鮮やかな画像を創出するために、それぞれの画素のための適切なカラーミックスを創り出すレベルで同時に駆動することができる。各画素のために関与するレベルでの、またはそのレベル付近で画素ごとのレーザーの直接駆動は適切な出力効率と本質的に高いコントラストを提供する。この結果、このような実施形態では走査ビームディスプレイの効率は、レーザーが各画素のために必要なレベルにだけ提供されるため、最大、またはほぼ最大となる。例えば、あらゆる過剰な強度を偏向または吸収するために空間光変調器（ＳＬＭ）を使用するのではなく、レーザーは黒色画素では完全に停止しているため、コントラストをシャープにすることができる。赤色、緑色および/または青色レーザーの特定の光線特性を取り出し、高い効率性および/または画像品質で走査ビームディスプレイを介して投影面１２８上に中継するために単一画素の光学素子を最適化できる。画素の特性は、高い解像度と滑らかで画素化されていない画像を備えた無限焦点を提供するように設計できる。実施形態によっては、走査ビームディスプレイ１００のための比較的に単純な光学機械的な設計で、ディスプレイ複雑性の少なくとも一部は画素の正確な配置を制御し、ピクセルレート（画素比率）によってレーザーを変調するために電子システムによって対処できる。

レーザー走査ビームディスプレイ１００の一以上の実施形態では、投影レンズは使用されず、また必要とされない。このような実施形態では、投影された出力光線１２４は、走査ビームディスプレイ１００を直接的に離れ、出力光線１２４が投影される与えられた投影面１２８上に画像を創り出す。走査型の単一画素の設計により、出力光線１２４の開口数（ＮＡ）が非常に小さく、集光レンズをレーザーの出力部付近に配置することで、集光効率は高く保たれる。設計によって、単一画素の光線の拡大比率は、走査が関与する画像サイズが増加する比率に維持される。この結果、投影画像は常に焦点が合っている。走査ビームディスプレイ１００のこの特性は、焦点を確立するために小さいＮＡの単一画素の光線を使用することと、画像を描くための二次元（２Ｄ）スキャナとに画像を投影するタスクを分割することで得られる。特定の実施形態では、走査プラットフォーム１１４は、４３°の水平投影角で拡大する画像を創出することによって高速投影する光学素子の役割を果たすことができる。このような構造は、投影レンズ上の対立する制約によって、空間的光変調器を投影スクリーン上に画像化するための投影用の光学素子として使用される、これよりも旧式なプロジェクタの設計では達成できないであろう。投影距離の増加とともに急に大きくなる画像を創出するために短焦点距離レンズが利用できる。しかしながら、短焦点距離レンズのレンズ口径は、一般的にプロジェクタの明るさを最大化させるために、大きくなる。このような制約には、一般的にはＦ/２レンズである高速投影レンズが関与する。焦点深度は絞り値（Ｆ‐ｓｔｏｐ）に比例する。従来のプロジェクタ設計のための二律背反事項への妥協は、画像が距離、光効率および/または焦点深度とともに増大する比率を均衡（バランス）させる。

走査ビームディスプレイ１００のある種の実施形態においては、投影距離の関数としてのスポットサイズは単一画素の増大に釣り合うか、または近い比率で増加する可能性がある。投影される画像のために、中等度に高速であるＦ/４投影レンズと、同じ４３°の比率か若しくは投影距離に伴って増大するかから選択される焦点の長さと、を仮定すると、ある種の画像化タイプのプロジェクタのための焦点位置の深度は、走査レーザーの場合と比較して大幅に減少される。ユーザにとって、これは、一般的な画像化タイプのプロジェクタは投影距離が変化したときに再焦点化される必要があり、例えば平面に角度をつけて投影するとき、または凹凸が大きな三次元（３Ｄ）断面の表面に投影する場合などに、画像内で一定範囲の投影距離が必要な表面に投影するとき、画像の一部の焦点が合わない可能性があることを意味する。

図２を参照して、一以上の実施形態による走査ビームディスプレイの電子回路のブロック概略図について説明する。光学機械式プロジェクタエンジンの設計の単純化によって、表示機能の重要部の大部分は電子部品に移すことができる。これによって、プロジェクタエンジンの物理的寸法を、携帯可能な民生用製品に適合するように、かなりの程度小さくすることができる。民生用製品により直接的に一体化できる電子部品は、その他のプロジェクタ設計で光学的に実施されるタスク（作業）を引き受ける。移行されるタスクには、画素の位置決め、色合わせ機能および輝度の均一化機能が含まれる。走査ビームディスプレイ１００の実施形態によっては、走査プラットフォーム１１４のためのビデオプロセッサと制御手段１２２は、図１の走査ビームディスプレイ１００を駆動させる一以上の特別仕様のＡＳＩＣ（特定用途向けの集積回路）として実行することができる。

一以上の実施形態では、そのような電子システム２００は、ラスタースキャン１２６を発生させるように、走査プラットフォーム１１４を駆動させるため、図１に示すような水平駆動回路１１８と垂直駆動回路１２０を含む走査駆動用ＡＳＩＣ２１６を備えることができる。実施形態によっては、走査駆動用ＡＳＩＣ２１８は、閉ループ制御下で走査プラットフォーム１１４を駆動することができる。水平走査の動作は、走査プラットフォーム１１４の水平軸を、一般的にはワイドビデオグラフィックアレイ（ＷＶＧＡ）タイプのスキャナでは、約１８ｋＨｚである共振周波数にて駆動させることで創り出せる。水平走査の速度は位置と共に正弦的に変化する。特定の実施形態では、走査駆動用ＡＳＩＣ２１６は、システムを共振状態および/または固定走査振幅に保つため、走査プラットフォーム１１４のセンサからのフィードバックを利用できる。投影される画像は、走査プラットフォーム１１４が光線を前後にスイープする際に両方向に描かれる。そのような構造は走査プラットフォーム１１４の効率を少なくとも二つの方法で向上させる。まず、共振状態で運用することで、走査ミラーを駆動させるために必要な電力を減少および/または最小化させることができる。しかしながら、実施形態によっては、走査プラットフォーム１１４は共振的ではなく駆動される。次に、双方向の映像は、映像の空白部分の間隔を最小化することで、レーザー使用効率を増加および/または最大化させる。この結果、走査ビームディスプレイ１００によって投影される画像はレーザー１１０の出力でさらに明るくなるが、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。実施形態によっては、垂直走査方向は、画像の上部から下部への一定の速度と、新しいフレーム（コマ、一画面）を開始させるために上部に戻る急速な再トレースを提供するため、標準的な鋸歯状の波形で駆動される。垂直走査運動も、滑らかであり、および/または線形である軌道を維持するため、少なくとも部分的に走査プラットフォーム１１４からのポジションフィードバック（位置のフィードバック）に基づいて走査駆動用ＡＳＩＣ２１６によって、閉ループ方式で制御できる。フレームレートは、８４８×４８０ＷＶＧＡの解像度には一般的には６０Ｈｚでよい。プロジェクタがさらに低い解像度での利用形態で使用される場合には、フレームレートは増加するが、本発明の特許請求の範囲はこの特徴に限定されない。走査駆動の波形のさらなる詳細は、図３を参照して以下で説明する。

一以上の実施形態では、図１の制御手段１２２は、図２に示すビデオＡＳＩＣ２１４（映像用ＡＳＩＣ２１４）を制御手段１２２の一つの実施形態として備えることができる。実施形態によっては、ビデオＡＳＩＣ２１４は、赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）のいずれか、および/または輝度/クロミナンス（ＹＵＶ）ビデオ信号出力を受容する。ビデオＡＳＩＣ２１４は、入力される映像のアーティファクト（人工物）を含まない走査変換を行うために、フレームバッファメモリ２１０を含むことができる。幅広いレーザー色域への入力色の正確なマッピング（対応関係の定義）を可能にするため、ガンマ補正および/または色空間変換が適用できる。さらに低い解像度のビデオコンテンツを高い周波数に変換するために、スケーリングエンジン（拡大縮小エンジン）を選択的に提供することができる。一以上の実施形態では、ビデオＡＳＩＣ２１４は、入力画素を走査プラットフォーム１１４の正弦的な水平軌道にマッピングするため、高解像度な補間を利用する仮想画素合成（ＶＰＳ）エンジンを利用することができる。そのようなＶＰＳエンジンは、走査されるレーザーパラダイムの電子システム２００によって、走査ビームディスプレイ１００の機能が、いかに光学素子での利用から電子機器での利用に移動するかの一例を示す。ＶＰＳエンジンは、入力画素を高解像度の仮想座標格子に効率的にマッピングすることができる。正弦的走査への下位の画素精度を備えた映像情報の再度の位置決めを可能にするとともに、ＶＰＳエンジンは、投影画像の品質をさらに最適化させる。輝度の均一性もまた、走査ビームディスプレイ１００のための全体的な輝度のマップ（割り当て）を制御する係数値を調整することによって、ＶＰＳエンジンによって制御することができる。

以下の一以上の実施形態では、ビデオＡＳＩＣ２１４によって実行されるＶＰＳエンジンは、光学的歪みを補正する。この光学的な歪みには、くさび形（キーストーン）、平行四辺形、および/または糸巻形の歪、および/または変化する表面の特性または起伏による歪みを含むが、限定はされない任意の種類または意図された種類の歪みなどが含まれる。ここで、ＶＰＳエンジンは、画素位置の調整に利用される。ＶＰＳエンジンはまた、各色のための画素位置を独立的に調整させる。そのような構造は、レーザー１１０の三つのレーザー光線が完全に機械的に整合するという条件を緩和することにより、走査ビームディスプレイ１００の製造工程における整合を単純化する。赤色、緑色および/または青色の画素の位置は、レーザー光線自体は十分に整合されていなくとも、映像を完全にあるいはほぼ完全に整合するために電子的に調整できる。そのような電子的画素整合能力はまた、走査ビームディスプレイ１００が大型の光学システムのエンジンとして使用された場合、色収差を種類によっては補正するために利用できるが、本発明の特許請求の範囲はこの機能に限定されない。実施形態によっては、ビデオＡＳＩＣ２１４によって行なわれる、デジタルビデオの符号化からレーザー駆動用ＡＳＩＣ２２０へのマッピングは、システム制御手段とソフトウェア２１２によって実行される適応的レーザー駆動システム（アダプティブレーザードライブシステム、ＡＬＤ）によって実行することができる。実施形態によっては、ＡＬＤは、温度および/またはエージングに対するレーザー特性の変化を積極的に補償するため、各レーザーからの光学的なフィードバックを利用する閉ループシステムを含むことができる。そのような構造は最適、またはほぼ最適である輝度、色および/またはグレイスケール性能を確実に提供する。その他の表示システムとは異なり、最適なカラーバランスおよび/またはグレイスケールを確実に提供するために光学フィードバックをさらに組み込むことができる。電子システム２００内のその他の電子ブロックは、レーザー１００の出力パワーを安全レベル内に維持するための安全サブシステム２１８、および/または個々のレーザー１１０からの光線を走査プラットフォーム１１４へ適用される単一の光線へと形状化および/または組み合わせるための光線の形状化光学素子と結合器２２２とを備えることができる。しかしながら、図２は走査ビームディスプレイの電子システム２００の構造の一例を示しており、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴には限定されない。

一以上の実施形態では、走査ビームディスプレイ１００の構成要素および/または電子システム２００の構成要素は、移動可能な形式（モバイルフォーマット）または移動可能な環境内での運用のために配置される。そのような例示的な走査ビームディスプレイ１００は、以下の仕様を含むことができる。走査ビームディスプレイ１００の高さまたは厚みおよび/または体積は、例えば高さは約７ｍｍから１４ｍｍで全体積は５ｃｍ^３から１０ｃｍ^３などのように最小化、またはほぼ最小化される。電池寿命を最長化させるよう、輝度は、レーザーまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）のいずれかである光源の与えられた輝度、プロジェクタのデザインの光学的効率および/または低出力運用に影響される。実施形態によっては、走査ビームディスプレイによって投影される画像の輝度は約５ルーメンから約１０ルーメンの範囲内である。画像サイズに関しては、投影角度は３０°から４５°の範囲内で利用され、特定の実施形態では、投影角度は距離と画像サイズとの比が１：１のとき約５３°でよいが、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。移動可能な用途に関しては、走査ビームディスプレイ１００は、ディスプレイから表示される画像までの距離は頻繁に変化するときに、焦点合わせを必要としない動作を提供することができる。ワイドスクリーンフォーマットがビデオコンテンツを見るために一般的に望ましいであろう。いくつかの例を挙げれば、そこでは走査ビームディスプレイ１００は、３２０×２４０画素を含むクオータービデオグラフィックスアレイ（ＱＶＧＡ）から、８４８×４８０画素を含むワイドビデオグラフィックスアレイ（ＷＶＧＡ）の解像度を提供できる。実施形態によっては、走査ビームディスプレイ１００は光源のために一般的にカラーレーザーおよび/または赤色、緑色および青色のＬＥＤのいずれかを利用する。どちらの実施形態でも、テレビジョン、モニターおよび/または会議室用プロジェクタのために一般的に提供される通常の色範囲をはるかに超える色域が結果として得られる。実施形態によっては、ホワイトＬＥＤは減少した色域を提供するためにカラーフィルタとともに使用される。同様にコントラストは最大化されるか、またはほぼ最大化される。コントラストは走査ビームディスプレイ１００のダイナミックレンジ（機器が処理できる最小信号に対する最大信号の比）と称することができる。一以上の実施形態では、電力消費の目標とする仕様は少なくとも約１時間半である。映画全体を見るために十分な電池寿命を提供するものである。これらは走査ビームディスプレイ１００の単に例示的な設計仕様であり、本発明の範囲はこれらの特徴に限定されない。

図３を参照すると、一以上の実施形態による二軸型の二次元走査プラットフォームによるラスターパターンの発生を示す概略図が説明される。一以上の実施形態では、走査プラットフォーム１１４は、標準のバルクシリコンＭＥＭＳ製造プロセスで製造された二軸型の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スキャナを含んでいる。しかしながら、ＭＥＭＳスキャナが一つの例として説明されているが、その他の種類のスキャナおよび/またはディスプレイ技術でも代用することができ、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。走査ビームディスプレイ１００はＷＶＧＡプロジェクタを含んでおり、走査ミラー１１６の径は約１ｍｍであり、走査プラットフォーム１１４は約４３．２°×２４．３°の有効な映像を走査する円錐範囲を発生させる。ＭＥＭＳの基部（ダイ）を、走査軸に対して約４５°の方向性の磁界を提供する小型磁石を備えた容器内に収容することができる。走査ミラー１１６の水平運動の共振周波数における水平方向−走査の水平駆動波形と、６０Ｈｚ垂直駆動鋸波形３１０との重ね合わせを含む、単一合成駆動信号を適用できる。ＭＥＭＳを使用した走査プラットフォームの機械的設計は、二つの直交する走査方向のみに沿った運動を許容する。水平および垂直運動を統治するＭＥＭＳデバイスの異なる大きさや湾曲部の剛性に起因する機械的フィルタリングは、周波数の内容によって駆動信号を分類するので、水平軸の１８ｋＨｚ共振運動と垂直軸の６０Ｈｚ鋸波運動を誘発する。好ましい走査ミラー運動の閉ループ制御を維持するため、走査ミラー１１６の位置に関するフィードバックを走査駆動用ＡＳＩＣ２１６に提供するために抵抗センサが利用できる。ディスプレイの実施形態によっては、垂直走査軸と水平走査軸の役割は図３に示す状態から置換できるが、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。

図４を参照すると、以下で説明する一以上の実施形態による軸外への投影の結果としての投影画像内の歪みの発生を示す概略図が説明される。場合によっては、走査ビームディスプレイ１００の稼働時に、オペレータはその出力をしめす円錐４１０の中心線４１２が、投影面１２８に対して垂直な線４１８からオフセット（偏在）している角度αにほぼ配置されるように、走査ビームディスプレイ１００を配置する。この構造は一般的に軸外への投影と称される。この結果、投影される画像の形状が直線形状であることを意図している場合、軸外に投影されている画像は、くさび形効果の影響、すなわち台形像の現象の影響を受け、画像は台形すなわちくさび形の形状を有する。そのようなくさび形に歪められた画像を図５に示す。一般的にくさび形に起因する画像の歪みは垂直方向または水平方向、あるいはこれらの組合せの軸外への投影の結果であるが、本発明の特許請求の範囲はこの特徴に限定されない。

図５を参照して、本発明の一以上の実施形態において矯正できるくさび形の歪みを示す概略図について説明する。意図される直線状の画像５１０が示されている。しかしながら、軸外への投影による歪みは、得られている歪んだ画像５１２が一般的に台形またはくさび形となるように、矢印で示すように画像を部分的に引張および/または伸張させる。例えば、そのようなくさび形の歪みは、図４に示すように、定格の長方形の画像を、平らな投影面１２８上に垂直ではない方向で投影した結果である。図５に示すくさび形の歪みの一例は、画像５１０の下辺５１４が画像５１０の上辺５１６に対して伸長している。伸長している領域の光は大きく広がり、歪んだ画像５１２の下辺５１４の伸長した領域の相対的な輝度は、歪んでいる画像５１２の伸長していない上辺５１６の領域よりも、低い。輝度の均一性の回復を含む歪みの補正は、以下で図６と図７を参照して説明する走査ビームディスプレイ１００の振幅特性を変化させることで達成できる。くさび形の歪み以外のその他の種類の歪み、例えば糸巻型歪または樽型歪や、任意の平面ではない起伏を有した表面に投影することによって導入されるあらゆる任意または意図された歪みも同様に、次に説明する走査の特性を調整する技術の利用によって回復される輝度の均一性により、補正することができる。同様に、この技術は利用形態によっては必要とされる歪みを導入するためにも使用できる。

図６を参照して、一以上の実施形態による、水平軸の振幅を変更することによる投影画像の歪みの補正を示す概略図を説明する。図６にくさび形の補正を一例として示す。図６に示すように、水平方向の振幅の特性は、くさび形の歪みを復元または補正するために、走査された光線の垂直位置の関数として変化する。例えば、ラスタースキャンの上部領域６１０は、水平方向の走査駆動信号３００の振幅を、ほとんど、または全く変化させないことを特徴としており、歪んだ画像５１２の伸長していない上部領域５１６に対応する。水平方向の走査駆動信号３００は、ラスタースキャンの下部領域側６１２に降下移動するため、歪んだ画像５１２からの水平方向の伸張を減少させるために、水平方向の走査駆動信号３００の振幅は大きく減じられる。一般的に、水平方向の走査駆動信号３００の振幅の減少量は線形であり、歪んだ画像５１２の台形またはくさび形の側辺のサイズに対して一般的に反対向きであり、同じ大きさかほぼ同じ大きさである。水平方向の走査駆動信号３００のそのような線形の振幅調整は、水平方向に画像の長方形状（すなわち台形の側辺）を効果的に回復させる。さらに水平方向の走査駆動信号３００のそのような線形の振幅調整は、輝度の均一性を大幅に回復させることができる。輝度の均一性を完全またはほぼ完全に回復させるために、且つ垂直伸張から画像下辺でのラスターピッチまたは行（ライン）の間隔の設定を回復させるために、以下において図７を参照して説明するように、低速の垂直方向の走査駆動信号の調整を実行することができる。

図７を参照して、一以上の実施形態による、垂直軸の振幅を変更させることで投影された画像の歪みの補正を示す概略図について説明する。図３に関連して説明したように、垂直走査駆動信号３００は一般的には鋸形波形である。歪んだ画像５１２の垂直方向の伸張を補正するため、ラスタースキャン１２６が歪んだ画像５１２の下辺５１４に存在するときに対応する時点で、減じられた大きさの振幅を有する波形の部分７１４を得るため、元の垂直走査駆動信号３１０の変更前の部分７１２の振幅は減少する。垂直方向の走査駆動信号３１０のその他の領域の振幅は、ラスタースキャン１２６が歪んだ画像５１２の上辺５１６に存在するとき、またはその付近に存在するとき、さほど減じられないか、または減じられない。垂直方向の走査駆動信号のそのような振幅の減少は、画像の垂直形状を、元の意図される直線形状に回復させるために、および水平方向の走査駆動信号の振幅を単独または組合せたものの振幅の変化によって達成される輝度の補正とともに輝度の均一性を回復させるために、垂直方向に歪んだ画像５１２の伸長を効率的に抑える。画像の歪み補正の一例は図５、図６および図７（くさび形の歪みの補正）に示されているが、その他の実施形態では画像歪みのその他の種類も、水平走査駆動信号および/または垂直走査駆動信号の振幅を独立してまたは組み合わせて変化させることによって減少または補正することができる。一般的に、水平走査駆動信号の振幅はラスタースキャンの垂直位置の関数として増加、もしくは減少、又は増加及び減少される。同様に、垂直方向の走査駆動信号の振幅も、ラスタースキャンの垂直位置の関数として増加、若しくは減少、又は増加及び減少される。実施形態によっては、振幅の補正は一次関数であり、その他の実施形態では振幅の補正は一次関数ではなく、水平および垂直方向の走査信号の振幅の補正は一方のみ、また他方のみが実施されている状態で、独立的に実施されるか、両方を組み合わせて実施される。しかしながら、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限られない。実施形態によっては、画像の歪みの種類および/または程度は監視または検出され、その後、図８を参照して以下に説明するように、フィードバックループ内で補正される。さらに、一以上の実施形態では、画像歪みの補正の概念は、画像が例えば９０°回転される場合や、軸回りに任意の量だけ回転される場合を含む、投影画像の任意の方向性で適用できるが、これらに限定されない。このような場合、任意の軸での歪みの補正量は画像の回転量の関数であり、例えば、９０°または２７０°の回転の場合を含む。ここで、水平軸と垂直軸の役割を逆転させることができる。しかしながら、これはどのように歪みの補正がプロジェクタおよび/または投影される画像の回転量の関数であるかの単なる一例であり、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。

図８を参照して、一以上の実施形態による、フィードバックループを経由して投影される画像中の歪みの検出および補正を示す概略図を説明する。一以上の実施形態では、走査ビームディスプレイ１００は、出力光線１２４を投影面１２８に投影することによって、意図される直線（またはその他の意図される形状）を投影面１２８上に投影する。歪んだ画像５１２となる画像の歪みが存在する場合、その歪んだ画像５１２は歪んだ画像５１２に対応する入力８１２を受け取る画像歪み検出器８１０によって検出することができる。画像歪み検出器８１０は、歪んだ画像５１２を入力８１２として捕捉するため、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）アレイまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイなどの画像化アレイを含むことができる。画像歪み検出器８１０によって検出された、歪んだ画像５１２は、その後、画像の歪みを補正するために補正された映像駆動信号（ビデオ駆動信号）を提供するため、少なくとも部分的に検出された画像に基づいて走査駆動用ＡＳＩＣ２１６に提供される映像駆動信号を補正するためにビデオＡＳＩＣ２１４に提供される。この結果、走査駆動用ＡＳＩＣ２１６は、走査プラットフォーム１１４が意図した直線、またはその他の意図した形状、画像５１０を表示するように、そのような補正されたビデオ駆動信号で走査プラットフォーム１１４を駆動する。画像歪み検出器８１０を含んだ、走査ビームディスプレイ１００の構造は、表示される画像の歪みを検出および補正するためにフィードバックループで作動することを可能にする。実施形態によっては、フィードバックループは、投影される画像の歪みが時間と共に変化する再に画像の歪みが補正されるよう、例えば、継続的にまたは定期的に画像の歪みを検出し、検出された歪みを補正し続ける。例えば、ユーザが走査ビームディスプレイ１００を持ち、ユーザが不安定であったり、もしくは常に移動し続けている場合、歪み検出器８１０を含むフィードバックループはそのようなユーザの動きに対応して画像の歪みを補正する。

一以上の実施形態では、画像歪み検出器８１０は、走査ビームディスプレイ１００が配置されているハウジング（筐体）の向きおよび/または位置を検出でき、得られた投影画像の歪みがハウジングの向き（配向性）に少なくとも部分的に基づいて予測または計算できるよう、一以上の方位センサ、ＭＥＭＳ加速計などの加速計および/または重力センサを含むことができる。そのような実施形態では、画像の歪みを検出するための配向性の検出は、画像捕捉機構を必要とせずに実施できるか、あるいは投影面１２８に対するディスプレイハウジングの配向性の決定を提供するため、および/または投影される画像の歪みの量および/または種類を決定するため、画像捕捉と組合せて実施できる。画像の歪みを検出するため、走査ビームディスプレイ１００のハウジングの配向性が検出される実施形態では、ユーザは、画像が意図したように表示されているときに基準点またはゼロ点を設定することができ、正常な基準点またはゼロ点はビデオＡＳＩＣ２１４などに備えられているか、またはビデオＡＳＩＣ２１４に連結されたメモリに保存できる。画像歪み検出器８１０はその後、基準点またはゼロ点から離れる方向性でハウジングの配向性を検出し、その後ビデオＡＳＩＣ２１４は、そのような画像歪みを補正するように、映像駆動信号を補正するため、投影される画像の画像歪み量を決定する。これらは画像の歪みが画像歪み検出器８１０によってどのように検出され、ビデオＡＳＩＣ２１４によってどのように補正されるかについての単なる例示であって、本発明の特許請求の範囲はこれらの特徴に限定されない。

本発明をある程度の特殊性に関連させて説明したが、それら諸要素は当業者であれば本発明の精神および/または特許請求の範囲から逸脱せずに変更できるであろう。本発明に関係する走査振幅を変えることによる走査されるプロジェクタの歪みの補正および/または多くのそれに付随する利用性は前述の説明によって理解することができ、部材の形態、構造および/または配置は本発明の特許請求の範囲および/または精神から逸脱せずに、または本発明の利点を損なわずに多様に変更可能であることは明らかであろう。上述の説明は単なる例示であり、本発明の内容はそのような変更を包含および/または含んでいる。

Claims (15)

1. 光線を発生させるための光源と、
   映像信号に応じて走査駆動信号を発生させる走査駆動回路と、
   前記光線を受領し、投影面に画像を投影させるために走査駆動信号に応じてラスターパターンを発生させる走査プラットフォームと、
   前記投影画像の歪みを検出する画像歪み検出器と、
   検出された前記投影画像の歪みのデータを受け取り、歪みが補正される映像信号を前記走査駆動回路に提供するビデオＡＳＩＣと、
   を備えており、
   前記走査駆動回路は、前記投影画像の歪みを少なくとも部分的に補正するために、走査駆動信号の振幅を変更することによって、前記投影画像の歪みを少なくとも部分的に補正しており、
   前記画像歪み検出器と、前記ビデオＡＳＩＣと、前記走査駆動回路と、前記走査プラットフォームとがフィードバックループを形成するように接続されており、
   投影される画像の歪みが時間と共に変化するとき、継続的にまたは定期的に画像の歪みを検出し、検出した歪みを補正し続けることを特徴とする装置。
2. 前記走査駆動信号が駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの第二の軸に沿った前記ラスターパターンの位置の関数として、前記ラスターパターンの第一の軸に沿って前記駆動信号要素の振幅を変化させることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記駆動信号要素が、水平方向の駆動信号要素もしくは垂直方向の駆動信号要素、又は水平方向の駆動信号要素と垂直方向の駆動信号要素の組合せを含んでおり、前記駆動信号要素の振幅が、前記振幅を増加、若しくは減少、又は増加及び減少を組み合わせることによって変更されることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記駆動信号要素が、水平方向の駆動信号要素もしくは垂直方向の駆動信号要素、又は水平方向の駆動信号要素と垂直方向の駆動信号要素の組合せを含んでおり、前記駆動信号要素の振幅が、線形もしくは非線形、又は線形及び非線形の組合せによって変更されることを特徴とする請求項２記載の装置。
5. 前記走査駆動信号が水平方向の駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの垂直位置の関数として前記水平方向の駆動信号要素の振幅を変化させることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記走査駆動信号が駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの時間の関数としての前記駆動信号要素の振幅または波形を変化させることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記走査駆動信号が垂直方向の駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの時間の関数として前記垂直方向の駆動信号要素の振幅または波形を変化させることを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 前記駆動信号要素が、水平方向の駆動信号要素もしくは垂直方向の駆動信号要素又は水平方向の駆動信号要素及び垂直方向の駆動信号要素の組合せを含んでおり、前記駆動信号要素の前記振幅または波形が、線形もしくは非線形又は線形及び非線形の組合せで変化されることを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 光源で光線を発生させる工程と、
   映像信号に応じて走査駆動回路で走査駆動信号を発生させる工程と、
   前記光線を受けとって、投影面上に画像を投影するために前記走査駆動信号に対応して走査プラットフォームでラスターパターンを発生させる工程と、
   前記投影面上の画像の歪みを検出する検出工程と、
   検出された前記画像の歪みのデータを受け取って、歪みが補正される映像信号を発生させる補正工程と、
   を備えており、
   前記検出工程と、前記補正工程と、前記補正工程の前記映像信号から前記走査駆動信号を発生させる工程と、前記ラスターパターンを発生させる工程とがフィードバックループを形成しており、
   前記投影画像の歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記補正工程からの映像信号に応じて前記走査駆動回路が前記走査駆動信号の振幅を変化させることによって前記投影された画像の歪みを少なくとも部分的に補正しており、
   投影される画像の歪みが時間と共に変化するとき、前記検出工程が継続的にまたは定期的に画像の歪みを検出し、前記補正工程が検出した歪みを補正し続けることを特徴とする方法。
10. 前記走査駆動信号が駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の前記歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの第二の軸に沿った前記ラスターパターンの位置の関数として前記ラスターパターンの第一の軸に沿って前記駆動信号要素の振幅を変化させることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記走査駆動信号が水平方向の駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の前記歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの垂直位置の関数として前記水平方向の駆動信号要素の振幅を変化させることを特徴とする請求項９記載の方法。
12. 前記走査駆動信号が駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の前記歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの時間の関数として前記駆動信号要素の振幅または波形を変化させることを特徴とする請求項９記載の方法。
13. 前記走査駆動信号が垂直方向の駆動信号要素を含んでおり、前記走査駆動回路が、前記投影された画像の前記歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記ラスターパターンの時間の関数として前記垂直方向の駆動信号要素の振幅または波形を変化させることを特徴とする請求項９記載の方法。
14. 光線を発生させるための光源と、
    映像信号に応じて走査駆動信号を発生させるための走査駆動回路と、
    前記光線を受け取って画像を投影面に投影するために、前記走査駆動信号に対応するラスターパターンを発生させる走査プラットフォームと、
    前記投影された画像の歪みを検出する画像歪み検出回路と、
    検出された前記投影画像の歪みのデータを受け取り、歪みが補正される映像信号を前記走査駆動回路に提供するビデオＡＳＩＣと、
    前記ビデオＡＳＩＣから実行され、前記歪みを補正するために画素位置を調整する仮想画素合成エンジンと、
    を備えており、
    前記走査駆動回路は、前記画像歪み検出回路によって検出された前記投影された画像の前記歪みを少なくとも部分的に補正するために、前記走査駆動信号の振幅を変化させることで前記投影された画像の歪みを少なくとも部分的に補正しており、
    前記画像歪み検出器と、前記ビデオＡＳＩＣと、前記走査駆動回路と、前記走査プラットフォームとがフィードバックループを形成するように接続されており、
    投影される画像の歪みが時間と共に変化するとき、継続的にまたは定期的に画像の歪みを検出し、検出した歪みを補正し続けることを特徴とする装置。
15. 前記画像歪み検出回路は、画像検出器、動作検出器、方向性検出器の中の一つ若しくはそれらの組合せを備えていることを特徴とする請求項１４記載の装置。

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