JP4021473B1 - 不可視データ投射機能を備えた表示システム - Google Patents

Abstract

表示システム(44,56)は、可視放射と不可視放射を生成し、及び可視放射と不可視放射を光路に沿って導くよう構成された照明(14)光源と、該光路内に配置され、可視放射を変調させて可視画像(47,66)を生成し、及び不可視放射を変調させて不可視データストリームを生成するよう構成された変調装置(16)とを含む。
【選択図】図２

Description

多数又は少数の視聴者が画像を同時に見ることができるよう静止画像又はビデオ画像を拡大するために様々な画像投射システムが使用されてきた。従来は、視覚的な表現の投射のみで十分であったが、最近では、視聴者は、音声、随意選択によるキャプション、及び／又は複数の更なる電子装置と表現との同期を含む、マルチメディア表現に慣れてきた。

投射システムの各構成要素間に更なるケーブル接続を必要とすることなくかかるマルチメディア効果をサポートするためのデータ伝送を可能にする表示システムを有することが望ましい。

可視放射及び不可視放射を生成するよう構成された照明光源と、該可視放射を変調させて可視画像を生成し及び不可視放射を変調させて不可視データストリームを生成するよう構成された変調装置とを含む、表示システムを提供する。

図１に、表示システムのための投射エンジンを全体的に符号10で示す。該投射エンジンは、放射を可視光線という形で表示面11に送って、関連するコントローラ12から受け取った画像データに対応する投射画像を生成するように構成することができる。該投射エンジンは、照明光源14及び変調装置16を含むことが可能である。該変調装置は、色形成要素18及び画像形成要素20を含むことが可能であり、その各々は、照明光源14からの放射を時間的に及び／又は空間的に変調するものと考えることができる。

適当な照明光源は、認識可能な可視画像と検出可能な不可視データストリームとを生成するのに十分な放射を変調装置に提供することができる任意の照明光源である。かかる光源には、例えば、単一の白色光源（水銀灯、プラズマ灯、白熱灯灯）、及び／又は複数の白色又は単色光源（発光ダイオード（LED）、レーザダイオード等）が含まれる。照明光源14は、（単純化のため）単一の白色光源として示されている。

照明光源14により生成された白色光は、主集光レンズ22によって導かれ、これにより色形成要素18を透過するよう構成される。色形成要素18は、図１にカラーホイール24を含むものとして示されているが、投射光の色を選択するあらゆる機構を適当な色形成要素とすることが可能であることを理解されたい。図１において、カラーホイール24は、照明光源14と画像形成要素20との間に介在する高速回転するカラーフィルタアレイである。カラーホイール24は、異なるフィルタリング特性を有する複数の部分を含む。詳細には、カラーホイール24は、（赤透過フィルタを使用した）赤部分26、（緑透過フィルタを使用した）緑部分28、及び（青透過フィルタを使用した）青部分30を含む。カラーホイール24が高速回転すると、有色光が画像形成要素上に順次投射される。カラーホイール24が更に、不可視放射（例えば赤外線）を透過させるデータ部分32を含む場合には、不可視データを時間的に順序付けすること、即ち可視光と交互の順序で投射させることが可能である。

色形成要素を照明光源に組み込むこと（例えば、照明光源が、赤色光源、青色光源、及び緑色光源を含む場合）が可能であることを理解されたい。同様に、適当な色形成要素は、画像形成要素による後の操作のために放射の少なくとも１つの可視帯域と１つの不可視帯域とから選択することができる任意の色形成要素とすることが可能である。

次いで、カラーホイール24により順次生成された放射を第２の光学要素34を通過させて、画像形成要素20上への放射を方向付けし構成することが可能である。画像形成要素は、液晶ディスプレイ（LCD）パネルなどの透過型画像形成要素という形をとることが可能である。代替的には、画像形成要素は、例えばデジタルマイクロミラーデバイス（DMD）、グレーティングライトバルブ（GLV）、又はLCOS（liquid crystal on silicon）デバイスなどの反射型画像形成要素とすることが可能である。図１に示した投射エンジンは、マイクロミラーアレイコントローラ12から受け取った入力に従って入射した放射を選択的に反射させるマイクロミラーアレイ36を使用したものである。

マイクロミラーアレイ36により反射された放射は、投射光学要素38を介して方向付けされ、次いで該投射光学要素38が該放射を表示面11上に方向付けし収束させる。動作時に、カラーホイール24の回転は、連続した赤、緑、及び青の可視画像が表示面11上に投射されるように、マイクロミラーアレイ36の機能と調整することが可能である。本書で説明するように、カラーホイールがデータ部分を含む場合には、マイクロミラーアレイは、該マイクロミラーアレイに対する不可視放射の通過中に表示面にデータを投射するよう構成することが可能である。この赤、緑、及び青の可視画像と不可視データとの調整された順序付けは、典型的には視聴者の視覚系が逐次の複数の色を統合してフルカラー画像を知覚するよう十分迅速に行われることになる。

カラーホイール36の回転中にデータ部分32が光路中に介在すると、不可視放射がマイクロミラーアレイ上に投射される。説明のため、データ部分32は、赤外線（IR）透過性のものと考えることができる。しかし、人間の目が容易に知覚できない他のタイプの放射を使用して同様の効果を得ることが可能であることを理解されたい。

不可視フィルタ部分を含むカラーホイール部分の実際の寸法は、変更することができるが、一般には、カラーホイールの回転動作中に、データ部分によるデータの挿入を、殆どの視聴者が気付かず、典型的には殆どの視聴者が知覚できないように、選定される。例えば、カラーホイールは、以下のフィルタ部分サイズを有するフィルタ部分を含むことが可能である。
フィルタ部分 サイズ（度）
赤 150
緑 85
青 85
赤外線 40
個々のフィルタ部分を通過する放射の区別を強化することが可能であり、この場合には、カラーホイールの赤部分26、緑部分28、及び青部分30は、実質的に全ての赤外線を遮る。同様に、実質的に全ての可視放射を遮るデータ部分32を使用するのが有利となり得る。フィルタ部分の所望の帯域通過特性は、所望のスペクトル特性を有する単一のフィルタを使用することにより、又は（例えばカラーホイール内で複数のフィルタを積層させることにより）２つ若しくは３つ以上のフィルタを組み合わせて該組み合わせたフィルタが所望のフィルタ特性を呈するようにすることにより、得ることができる。

データ部分32が、照明光源14とマイクロミラーアレイ36との間に介在している間に、該マイクロミラーアレイは、赤外線信号を反射して、投射光学要素38を介して、表示面に関連する受信器11’（又は複数の受信器）へ送ることができる。マイクロミラーアレイ36を使用して、データ部分32により生成された赤外線ビームを変調させることによって、該赤外線信号中にデータを符号化することが可能である。このため、符号化したデータをバイナリビットストリームとして投射することが可能であり、この場合、投射された赤外線ビームの有無が１と０に対応する。

一実施形態では、パルス変調を使用してデータを赤外線信号中に符号化することが可能である。使用される特定の符号化は、赤外線信号を受信して復号化するために使用される装置のタイプ及び精巧さ並びに信号生成に利用できる時間に依存し得る。例えば、カラーホイールが7,200rpmで回転しており、データフィルタ32が照明光源とマイクロミラーアレイとの間に介在している回転の一部にわたりマイクロミラーアレイが０〜６個の赤外線パルス（又は情報ビット）を生成するよう構成されている場合には、720ビット／秒のデータ転送速度を達成することが可能である。

不可視データストリームは（一般にパルス変調により符号化される）一連の高速データバーストを含む場合がある。かかるバーストは、その受信時に、連続した信号へと再フォーマットすることが可能である。代替的には、投射された赤外線の宛先を光学的に指定するマイクロミラー装置の能力を使用して、特定のデータストリームのターゲットを別個の受信器にすることにより、複数のデータストリームを複数の受信器に同時に送ることが可能である。かかる並列式のデータ伝送の結果として、データ転送速度を大幅に向上させることが可能となる。しかし、並列のデータは、受信後の直列化を必要とし得るものである。

カラーホイールのデータ部分の相対的なサイズを大きくして情報帯域幅を大きくすることが可能であることが理解されよう。しかし、この拡大は、可視光の強度を犠牲にするものとなり得る。更に、データフィルタが、カラーホイール面積の比較的小さな割合しか占めない場合であっても、前述のように、結果的に得られるデータ転送速度は、受信器に大量の情報を送ることができるものとなり得る。

ここで図２を参照する。投射エンジン10は、表示システム44の一部を形成するプロジェクタ42内に組み込むことが可能であることが理解されよう。表示システム44はまた、表示画面45、及び関連するコンピュータ46を含むことが可能である。コンピュータ46は、プロジェクタ42へ画像データを送ることが可能であり、この場合、該画像データをマイクロアレイコントローラにより使用して、表示画面45上に画像47を生成する際にマイクロミラーアレイの動作を指示することが可能である。

表示システムが受動型投射画面を利用する場合には、表示画面は、ある程度反射性を有する表面を含むことが可能である。かかる画面の表面は、画面の性能を高めるために、顔料、染料、若しくは他の着色剤、又はガラスビーズ等の光散乱材料又は逆反射物質を含むことが可能である。

マイクロミラーアレイは、赤外線信号の宛先を空間的に指定できるものとすることが可能であるため、マイクロミラーアレイを使用して、生成された（１つ又は２つ以上の）赤外線データストリームを１つ又は２つ以上の空間的に分離された受信器に方向付けすることが可能である。受信器は、典型的には、投射エンジンから投射された赤外線信号を受信するよう構成される。例えば、適当な受信器として、適当な応答を呈するフォトダイオードや受光ダイオード（LRD）が挙げられる。代替的には、適当な受信器として、フォトトランジスタや他のタイプのオプトエレクトロニクスデバイスが挙げられる。表示システムに含まれる受信器のタイプ及び構成は、該表示システムに含まれる投射エンジンのタイプ及び構成によって決まる。表示システムが背面投射型（rear projection ）表示システムを含む場合、かかる受信器は、視聴者に対して画面の背後に配置することができる。代替的に、表示システムが正面投射型（front projection）表示システムを含む場合には、受信器は画面の正面側に向けることができる。

表示面が受動型画面の場合、受信器は、画面自体に組み込むことが可能であり、又はデータストリームが受信器に少なくとも部分的に入射するように投射されるデータの領域内に配置された別個（であるが関連付けられた）受信器とすることが可能である。図２に示すように、受信器アレイ48は、受信器を投射画像47に対して適当に位置決めすることが可能となるように可動アーム50に取り付けることが可能である。かかる配置は、投射画像領域内で不可視データストリームを受信できるようにするのに十分なものとなる。

能動型画面は、典型的には、可視光の赤チャネル、緑チャネル、及び青チャネルにそれぞれ対応する受信器を各々が有する複数のセルを含むものとなる。かかる受信器は、個々の放射源並びに該放射源及び／又は受信器に電力を供給する電源及びアースに関連するものとなる。該放射源は、典型的には、能動型画面上に投射された光学的に宛先が指定された画像情報に応じて光を放射し、これにより放射された画像が形成される。

可視光の赤チャネル、緑チャネル、及び青チャネルに対応する各受信器に加えて、能動型画面の１つ又は２つ以上のセルは、赤外線等の不可視放射を検出するよう構成された受信器を含むことが可能である。かかる不可視放射受信器は、プロジェクタにより生成された不可視データストリームを検出することが可能である。別個の不可視放射受信器を能動型画面の各セルに関連付けすることが可能である。例えば、考え得るアラインメント上の問題に対処するために、複数の隣接するセルが、互いに並列に動作して不可視データストリームの位置決め上の空間的な許容度を大きくする不可視放射受信器アレイを画定することが可能である。代替的に、単一の不可視放射受信器を複数の隣接するセルの中心セル内で使用し、及び複数の隣接するセルを実質的にカバーするよう不可視データストリームを生成することが可能である。更に、不可視波長受信器を１つおき又は９つおき（すなわち１０個毎）のセルに関連付けすることが可能である。不可視放射受信器とセルとの比率は、能動型画面の特定の用途に合わせて選定することができる。代替的に、受動型表示画面に関して前述したように、１つ又は２つ以上の赤外線受信器を表示画面の近傍（例えば、表示画面の隅や縁に沿って配置することが可能である。

図２に示すように、受信器アレイ48は、スピーカ54a,54bを含む音響システム52と通信可能な状態にあるものとすることが可能である。プロジェクタ42は、音声情報を含むデータを投射エンジン10を介して受信器アレイ48へ投射することが可能である。該データを、直列化し、ディジタルからアナログへ変換し、増幅し、及びスピーカ54a,54bへ送って、適当な音声を投射画像47に付随させることが可能である。例えば、マルチメディア表現がコンピュータ46からプロジェクタ42へ送られる場合に、該コンピュータ46と音響システム52との間に更なるケーブルその他の配線接続を必要とすることなく、該表現のビデオ部分が表示面45に投射される際に該表現に関連する音声を音響システム52で再生することが可能である。

図３において、放射型（emissive）表示システム56は、前述のように投射エンジン60を有するプロジェクタ58、関連するコンピュータ62、及び能動型（又は放射型）表示画面64を含むよう示されている。図示の実施形態では、表示画面上へ光学的に宛先が指定された可視画像情報を投射させることにより表示画面64上に画像66が生成されることが理解されよう。表示画面上に不可視データストリームを投射させることにより、放射された画像66のためのキャプション70の生成が始まる。

前述のように、投射エンジン60により投射される不可視データは、空間的に方向付けされ又は光学的に宛先が指定される必要のないものである。すなわち、不可視放射受信器は、不可視データ信号の受信を可能にするあらゆる構成で画面64内に配置することができる。例えば、放射画像66の縁68に沿って１つ又は２つ以上の受信器を配置することができる。受信器は、典型的には、投射エンジン60がアクセスできる画面の領域内に配置されるが、この領域は可視画像を表示するために使用される必要はない。

投射エンジン60により投射される不可視データストリームを使用して様々な異なるタイプの情報を送信することが可能である。例えば、データストリームに符号化されたデータは、放射画像の修正、又は表示画面の他の動作特性の修正を指示することが可能である。図３において、不可視データストリームを利用して、表示画面64にクローズドキャプションデータを送ることが可能であり、その結果としてキャプション70が生成される。キャプション70は、放射画像の縁68に沿って生成されるよう示されているが、かかるキャプションが、投射エンジンから受信した空間的に宛先が指定されたものでないデータストリームの復号化、及び該復号化されたデータストリームに基づく画面内の放射源の対応する駆動の結果として得られたものであることに留意されたい。

図３に示すように、不可視データが投射画像の下縁に沿って受信される場合には、不可視データストリームを画像形成要素の一部のみによって投射させることが可能である。例えば、データ部分32により生成されたビームを変調させることによって不可視データストリームを生成する際に、マイクロミラーアレイの一番下の行又は複数の行の一部のみを駆動することが可能である。

不可視データストリームはまた、表示面を構成するために使用ことも可能である。例えば、不可視データストリームは、画面のアスペクト比を変更する（例えば、16：9のアスペクト比と4：3のアスペクト比との間で移行する）指示を含むことができる。かかるアスペクト比の変換は、画像領域を変更するために表示面の両側でのシャッタや目隠しその他の駆動を必要とする場合がある。

代替的又は追加的に、不可視データストリームは、表示システムが配置される部屋の光レベル情報に応じたものとすることが可能である。例えば、周囲光レベルを光センサにより検出して表示画面へ送信し、該検出した周囲光レベルに対して表現を最適化させることが可能である。更に、不可視データ受信器を室内照明と関連させて、表現の開始時に、不可視データストリームを介して信号を送って室内照明の調光を自動的に指示することが可能である。また、表示面の機械的な動き（例えば表示画面の上昇又は下降等）を、不可視データストリームにより開始させ及び／又は制御することが可能である。

表示システムが、携帯可能又は移動可能な受信器を含む場合には、投射された不可視データストリームを受信するよう適切に受信器が配置されることを確実にするために、較正手順を含むことが有用となり得る。例えば、較正ルーチンは、不可視データ信号の取得が確認されるよう受信器を位置決めすることが可能となるように一定の又は反復する不可視信号を投射することを含むことが可能である。

本書で説明した表示システムは、図４に符号72で示すような可視画像及び不可視データストリームを時間的に順序付けする方法に適したものであることが理解されよう。詳細には、この方法は、可視放射及び不可視放射を生成するステップ74と、可視放射及び不可視放射を順序付けするステップ76と、可視放射を変調させて可視画像を生成するステップ78と、不可視放射を変調させて不可視データストリームを生成するステップ80と、表示面上に可視画像を投射するステップ82と、受信器上に不可視データストリームを投射するステップ84とを含むことが可能である。

前述の方法を実施する適当なソフトウェア又はファームウェア命令は、コンピュータにより読み出すことが可能な媒体を介して使用することが可能である。コンピュータにより読み出すことが可能な媒体とは、本書で使用する際には、イメージングシステム又はイメージング装置により使用され又はそれらに関連して使用される命令を収容し、記憶し、通信し、伝搬し、又は伝送することができる任意のものとすることが可能である。コンピュータにより読み出すことが可能な媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線、又は半導体によるシステム、機器、装置、又は伝搬媒体とすることが可能であるが、これらには限定されない。コンピュータにより読み出すことが可能な媒体のより具体的な例として、例えば、１つ又は２つ以上の配線を有する電気接続（電子的）、携帯型コンピュータディスケット（磁気的）、ランダムアクセスメモリ（RAM）（磁気的）、読み出し専用メモリ（ROM）（磁気的）、消去可能でプログラム可能な読み出し専用メモリ（EPROM又はフラッシュメモリ）、光ファイバ（光学的）、及び携帯型コンパクトディスク読み出し専用メモリ（CD-ROM）（光学的）が挙げられる。

コンピュータにより読み出すことが可能な媒体上の命令は、以前から利用可能であったプロジェクタソフトウェアに対するアップグレードを表すことが可能なものであり、これにより、以上の方法の実行、又はかかるソフトウェアのアップグレードバージョンの実行が可能となる。

本書で説明した表示システムは、可視画像を表示する際に該画像と干渉することなく該画像と共にデータを送ることを可能にするものである。不可視データストリームを使用して様々な内容を伝送することが可能であり、その結果として、視聴者に高度な制御を提供する表現が得られる。

本開示は、以上の動作原理及び実施形態に関して行ったが、特許請求の範囲で定義する思想及び範囲から逸脱することなく形態及び細部に様々な変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。本開示は、特許請求の範囲内に含まれる代替、修正、及び変形を全て包含させることを意図したものである。

本発明の一実施形態による投射エンジンを示す部分概略図である。 図１の投射エンジンを含む表示システムの斜視図である。 図１の投射エンジンを含む代替的な表示システムの斜視図である。 本発明の一実施形態による可視放射及び不可視放射を時間的に順序付けする方法を示すフローチャートである。

符号の説明

10 投射エンジン
11 表示面
11’受信器
14 照明光源
16 変調装置
18 色形成要素
20 画像形成要素
24 カラーホイール
36 マイクロミラーアレイ
42 プロジェクタ
44 表示システム
45 表示画面
46 コンピュータ
47 投射画像
48 受信器アレイ
52 音響システム
54a,54b スピーカ
64 能動型表示面

Claims (10)

1. 表示システムであって、可視放射及び不可視放射を生成するよう構成された照明光源(14)と、前記可視放射を変調させて可視画像を生成し、及び前記不可視放射を変調させて不可視データストリームを生成するよう構成された変調装置(16)とを含み、前記可視画像及び前記不可視データストリームがインタリーブされる、表示システム。
2. 前記可視放射及び前記不可視放射が時間的に順序付けされる、請求項１に記載の表示システム。
3. 前記不可視放射が赤外線を含む、請求項１に記載の表示システム。
4. 前記不可視データストリームを受信するよう構成された受信器(11')を更に含み、該不可視データストリームが、(a)直列データ、(b)音声データ、(c)画像データ、及び(d)表示システム環境に関係するデータのうちの１つ又は２つ以上を含む、請求項１に記載の表示システム。
5. 前記不可視データストリームを受信するよう構成された光学的に宛先に指定される受信器を含む光学的に宛先に指定される能動的な表示面(64)を更に含む、請求項１に記載の表示システム
6. 投射エンジン(10)であって、少なくとも１つの照明光源(14)と、該少なくとも１つの照明光源からの放射を処理して少なくとも１つの可視帯域と少なくとも１つの不可視帯域とを画定するよう構成された色形成要素(18)と、前記可視帯域を使用して可視画像を形成し、及び前記不可視帯域を使用して不可視データストリームを形成するよう構成された画像形成要素(20)とを含み、前記投射された可視画像及び前記不可視データストリームがインタリーブされる、投射エンジン(10)。
7. 前記色形成要素がカラーホイール(24)であり、前記画像形成要素がマイクロミラーアレイ(36)である、請求項６に記載の投射エンジン。
8. 可視画像と不可視データストリームとを時間的に順序付けする方法(72)であって、可視放射及び不可視放射を生成し(74)、該可視放射及び該不可視放射をインタリーブし(76)、前記可視放射を変調させて可視画像を生成し(78)、前記不可視放射を変調させて不可視データストリームを生成し(80)、前記可視画像及び前記不可視データストリームがインタリーブされる、という各ステップを含む方法(72)。
9. 前記可視画像を表示面上に投射し(82)、前記不可視データストリームを受信器上に投射する(84)、という各ステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 請求項１ないし請求項５の何れか一項による表示装置により実行される、請求項８に記載の方法。

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