JPH1124016A - ディスプレイシステム - Google Patents

ディスプレイシステム

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JPH1124016A
JPH1124016A JP10170278A JP17027898A JPH1124016A JP H1124016 A JPH1124016 A JP H1124016A JP 10170278 A JP10170278 A JP 10170278A JP 17027898 A JP17027898 A JP 17027898A JP H1124016 A JPH1124016 A JP H1124016A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の光変調器群を有する二次元光変調器ア
レイからなるディスプレイは、製品の歩留まりが悪く、
またディスプレイは数万以上の独立した光変調器で構成
されるが、そのうちの２〜３個が故障するだけで使用不
能となる。光変調器の故障を補償するシステムを提供す
る。 【解決手段】 ディスプレイシステム３１０は、光源３
５０と、スクリーン３８２と、その間の光路中に設けら
れた物理アレイ３４２を含む。物理アレイ３４２は、行
形状に配列された複数の光変調器を有する。故障した光
変調器の行を補償するために冗長アレイ３８５が設けら
れ、この冗長アレイ３８５で変調された光は、故障行を
選択的に取り替えるように位置決めされた画素像変位ミ
ラー３７０によって配向される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は二次元ディスプレイ
システムに関する。特に、本発明は、光変調器のうち選
択された行を光学的に変位させて、光変調器アレイの非
作動または損傷画素の故障補正を行うことに関する。
【０００２】
【従来の技術】視覚的には「画素」として認識される、
独立した反射要素または透過要素で構成された二次元ア
レイをベースにした高解像度ディスプレイシステムは、
携帯型コンピュータ、ＬＣＤマルチメディアプロジェク
タ、高品位テレビ、平面パネルディスプレイ、および仮
想現実（バーチャルリアリティ）アイウェアに利用され
ている。これらの装置は、陰極線管またはビデオプロジ
ェクタ等を有する従来のスキャン装置または投写装置に
比べて動作電圧が低いため電力効率が高く、一般に長い
動作光路が不要なため、空間効率がよいという利点を有
する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの装置
は製造歩留まりが低いため、これまで消費者向けのディ
スプレイシステムに広く取り入れることができなかっ
た。光透過を制御するＬＣＤまたは光反射を制御するマ
イクロミラー等を使用する典型的な二次元アレイは、１
００万個以上の独立した反射要素または透過要素を含ん
でおり、そのうち２〜３個の要素が故障するだけでディ
スプレイシステムが使用不能となってしまうという問題
がある。また最初は動作可能な二次元アレイであって
も、微細なスクリーンの損傷、電子的故障、または機械
的摩耗やスティクション（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）の問題の
ために性能が劣化することがある。なかでも特に不安材
料として、二次元アレイ中の要素群のすべての列または
行を同時に故障させる原因となるディスプレイドライバ
またはマウンティングの欠陥がある。
【０００４】従って、ディスプレイシステムで使用され
る反射または透過要素からなる二次元光変調器アレイに
設計許容（フォールトトレランス）を与える装置および
技術が必要とされている。フォールトトレランスは、表
示品質をそれほど落とさずに、１つのディスプレイ要
素、複数のディスプレイ要素、またはディスプレイ要素
の複数の行または列の故障も許容できなくてはならな
い。かかるフォールトトレラントシステムでは動的に故
障補正が行われ、さらにはアレイ要素の故障補正がリア
ルタイムで行われるのが好ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の実施形態では、
二次元光変調器アレイ中の欠陥のある行を完全または部
分的に交換する位置に光学的または機械的に移動させら
れる冗長な行またはアレイを用いて故障補償を行うこと
ができる。例えば、光源とディスプレイ表面（反射スク
リーン、透過スクリーン、または直接、網膜によって走
査する人間の目も含む）とを有するディスプレイシステ
ムは、光源とディスプレイ表面との間の光路中に設けら
れた二次元光変調器アレイによって生成される画像の表
示に使用される。二次元光変調器アレイは、行形状に配
列され光源からの光を変調する複数の光変調器群を有
し、少なくとも１つの行が故障しやすい光変調器群を含
んでいる。光源からの光を変調するには、少なくとも１
つの行に配列された第２の複数の光変調器群を有する冗
長光変調器アレイを使用することができ、通常、光はデ
ィスプレイ表面から反射するか、吸収されるか、または
（光が冗長光変調器アレイに当たらないように閉じる等
によって）知覚不能にされる。しかし、１つ以上の光変
調器が故障した場合、光学素子（ミラー、シャッタ等）
が動作して、冗長光変調器アレイに入射した光をディス
プレイ表面に選択的にあてて、二次元光変調器アレイ中
の光変調器の行の少なくとも１つの故障した光変調器を
交換する。このようなシステムは、１つの光変調器、二
次元光変調器の１つ以上の行、または適切なサイズの冗
長光変調器群をもつ二次元光変調器の広い領域を有効に
取り替えることができる。二次元光変調器アレイのエッ
ジ部となる（または取り囲む）冗長な複数の行は、可動
要素によって移動させられてエッジ位置の光変調器アレ
イ、または光学素子をも組み合わせて、様々な故障補償
モードを提供することが企図されている。
【０００６】反射型二次元アレイを含む反射ディスプレ
イとしては、製造が容易で、性能の予想ができ、耐久性
があるという理由から、加えられた静電力または電磁力
に応じて移動を制御することができる、微細電気機械的
回動ミラーアレイまたは微細電気機械的変形ミラーアレ
イが好ましい。かかるミラーシステムは、ディジタルミ
ラーデバイス（ＤＭＤ）カラー投写システムの一部とし
て、テキサスインストルメント（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔｓ）社より入手可能である。または、カル
フォルニア州、サニーベールのシリコンライトマシン
（ＳｉｌｉｃｏｎＬｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｓｕ
ｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）社開発等の切り替え可能な回折
光弁を使用してもよい。さらに、強誘電性液晶、エレク
トロルミネセンス液晶、またはねじりネマチック結晶を
ベースにしたディスプレイを使用することもできる。ま
た、双安定反射装置に必要とされているような時間分解
グレイレベルの使用を必要とせず、適切な透過グレイレ
ベルに直接切り替えることのできるディスプレイも好ま
しい。一般には約１０Ｈｚを上回る周波数、特に１００
Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数を用いて、液晶のように可
変アナログ電流に応答して直接グレイレベルを修正する
ことができる任意の装置、またはディジタルマイクロミ
ラーまたは回折光弁に用いられる技術に基づく時間経過
によってグレイレベルを修正することができる任意の装
置を本発明で使用することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、ディスプレイ中に存在す
る故障、欠陥、または動作が断続的な画素を機械的また
は光学的に補償するメカニズムを支援可能な欠陥許容デ
ィスプレイシステム（フォールトトレラントディスプレ
イシステム）１０の一部破断斜視図である。説明のた
め、図１には共通の固定基板１２上に可動部材１４によ
って支持された透過型ディスプレイシステム２０と反射
型ディスプレイシステム４０の両方を示す。図示するよ
うに、透過型ディスプレイシステム２０は光源２２から
の光を選択的に透過または吸収する光透過ディスプレイ
要素２８からなる行列アレイ２４を含む。一方、反射型
ディスプレイシステム４０は光源５０からの光の反射方
向を選択的に変化させる回動ミラー群４４からなる行列
アレイ４２を含む。ただし、通常のディスプレイは従来
のアクティブマトリクスＬＣＤプロジェクタ、ＬＣＤデ
ィスプレイ、または強磁性流体ディスプレイ等の透過要
素またはホーンベックによる米国特許第５，５３５，０
４７号等に記載のあるディジタルマイクロミラー等の反
射要素のいずれか一方を含むものである。実施形態によ
ってはＬＣＤや図１０のところで説明する選択的に変形
可能なシートミラーを用いるスタック型透過／反射ディ
スプレイ等のように透過要素と反射要素とを組み合わせ
て動作させるようにしてもよい。
【０００８】光透過型ディスプレイシステム２０中の各
ディスプレイ要素２８は選択的に制御され、光源からの
入射光を吸収するか、または観察者の目などの画像セン
サへ透過する。透過は直接、または図示しないが投写光
学系、拡大鏡、もしくは反射器を介して行われる。図１
に、入射光３２が吸収ディスプレイ要素２６によって吸
収される様子と入射光３０が透過ディスプレイ要素２８
を通過する様子が示されている。ディスプレイシステム
中の各ディスプレイ要素は、制御エレクトロニクス９０
から送られる制御信号に応答して、グレイスケール状態
を切り替えるように設計される。図示するように制御エ
レクトロニクス９０は公知の電子写真平版技術によって
基板上にパターニングされるか、適切な制御指示によっ
てディスプレイにインターフェースされた別個の制御モ
ジュールとして構成してもよい。本発明の実施の形態で
は、従来の各種光吸収体、強磁性流体ディスプレイ、Ｌ
ＣＤディスプレイ、または少なくとも２つ以上の光透過
状態（２５６のグレイスケール等）をサポートする他の
公知の光ディスプレイ要素を使用できる。
【０００９】グレイスケール画像は光反射ディスプレイ
システムの各回動ミラー４４の双安定位置を制御するこ
とによっても生成される。各ミラーは選択的に制御され
て入射光を吸収体（図示せず）へ反射させるか、または
観察者の目などの画像センサへ反射させる。やはりこの
場合も、反射は直接または図示しない投写光学系、拡大
鏡、または反射器を介して行われる。光源５０からの入
射光５６が、ある角度の回動ミラー４８によって吸収体
（図示せず）へ反射される様子を図１に光線５８を使っ
て示した。光源５０からの入射光５２が回動ミラー４８
とは逆傾斜のミラー４６により観察者または図示してい
ない投写光学系へ反射される様子を光線５４を使って示
した。本発明に適した静電アクチュエータで駆動される
双安定ミラーは、本願に引用して援用する発明者ホーン
ベックの米国特許第５，５３５，０４７号に記載があ
る。ここで、変形可能ミラー、電磁アクチュエータで駆
動されるミラー、または当業者に公知の他の従来型の反
射装置等の他の反射ディスプレイシステムを使用しても
よい。ディスプレイ２０の場合と同様に、光吸収と光反
射との切り替え（光の反射角度の切り替え）は、制御エ
レクトロニクス９０によって行われる。
【００１０】一般に、任意の装置におけるディスプレイ
要素の切り替え速度は、ディスプレイ構造に応じてミリ
秒、マイクロ秒、またはナノ秒単位となる。有利なこと
に、観察者の目または他の光統合画像センサに固有な一
時的平滑化（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）
を伴った高速切り替え技術を用いると、高速で切り替え
られた双安定装置（安定した反射／透過または非反射／
吸収）を用いたグレイレベルの生成が可能となる。各デ
ィスプレイ要素が光を吸収または透過するように切り替
えられる時間は、知覚されるグレイレベルに比例する。
例えば、観察者にとっての臨界光フリッカー融合頻度が
約６０Ｈｚの場合、６ＫＨｚで切り替え可能なディスプ
レイ要素であれば、ちらつきを示さずに光反射と非反射
とを約１００回切り替えることができる。反射／非反射
表示状態の各時間の割合を調節することにより、双安定
ディスプレイ要素はグレイレベルディスプレイの作成に
使用することができる。有色光源およびかかる高速切り
替えを用いることにより、米国特許第５，５９２，１８
８号（発明者ドハーティら、譲受人Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓ
ｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）等に記載のあるフルカラ
ーディスプレイを作成することもできる。また、カラー
フィルタを備えたシステムを使用すれば、グレイレベル
ディスプレイだけでなくカラーディスプレイを提供する
ことができる。
【００１１】実際には、残念なことに何十万個または何
百万個もの上記の高速ディスプレイ要素をもつ大規模ア
レイを、アレイ全体を制御不能とする要因となる個々の
ディスプレイ要素の機械的または電気的故障を発生させ
ることなく製造するのは困難である。かかる故障を補償
するために、本発明は、制御エレクトロニクス９０から
送られる信号に応答してディスプレイアレイ中の行また
は列を物理的に変位可能なメカニズムを含む。図１に示
すように、このメカニズムは可動部材１４を含み、これ
は矢印１６および１８で示す直交する二方向にそれぞれ
移動可能な圧電振動子である。他の実施形態では、可動
部材１４は一次元圧電振動子、可動リニアステージ、角
度のついたアーム（ａｎｇｕｌａｒ ａｒｍ）、または
透過システム２０（またはシステム４０）をある距離だ
け周期的に移動させる他の従来のメカニズムであっても
よい。一般に、可動部材１４はアレイ２４またはアレイ
４２の各行または各列の距離の整数倍に対応する距離だ
け移動する。例えば可動部材１４はアレイ４２中の各行
が隣の行位置をわずかな時間占有するのに十分な距離だ
け物理的に移動可能である。または可動部材１４は、隣
接する行以外にアレイ２４（またはアレイ４２）中の各
行を、固定基板１２に対する最初の位置から２行、３
行、またはそれ以上の行だけ周期的に変位させるように
動作することもできる。一次元移動の外延として、可動
部材は、図１に示すようにアレイ２４（またはアレイ４
２）を行方向に加えて列方向に変位させて、完全な二次
元移動を行うこともできる。
【００１２】このようなフォールトトレラントディスプ
レイ１０の個々のまたは複数のディスプレイ要素の故障
補償について、概略的に示すディスプレイ１１０中の１
つの故障ディスプレイ要素１２４の故障補償の様子を図
２〜図５を用いて詳しく説明する。以下、一つの行につ
いて本発明の動作の説明を行うが、画素の変位は恣意的
なものであり、行変位、列変位、角度変位、行変位と列
変位との組み合わせを使用した画素ブロックの変位など
を用いてもよい。作動中のすべてのディスプレイ要素は
光透過または光反射状態で示し、故障したディスプレイ
要素１２４は光吸収または光非反射状態で示す。さら
に、本発明はほぼ正方形または矩形のディスプレイ画素
群だけでなく、円形、楕円形、六角形、または本発明で
企図される実施形態を構成する他の適当な形状であって
もよい。このように多様な形状を利用することができる
が、通常は１０２４行×７６８列からなる矩形ディスプ
レイ要素群等の矩形格子に配列された矩形ディスプレイ
要素群アレイが使用される。
【００１３】簡単に説明するため、図２にはディスプレ
イ１１０の１つの行のうち故障したディスプレイ要素１
２４近傍の一部だけを示す。ディスプレイ１１０は、透
過型、反射型、放射型、透過型と反射型とを組み合わせ
たもの、または各画素に対して高速でグレイスケール調
節ができる他のディスプレイ構造であってもよい。一般
的には、ディスプレイ１１０は画像を透過表示または反
射表示するディスプレイ要素群からなる二次元アレイを
含む。本発明をよりよく理解するために、図２〜図５に
可変光強度光源１１４と、故障ディスプレイ要素１２４
を含んだディスプレイ要素群１２１〜１２７のアレイか
らなる二次元物理画素アレイ１２０とを一次元に表わし
た部分断面を示す。以下の議論は固定または可動カラー
フィルタの使用によるグレイレベルについて行うが、本
発明の範囲にはカラー放射型ディスプレイ、または他の
適切な色生成メカニズムや間違った色のディスプレイ要
素の補正も含まれる。
【００１４】ディスプレイ要素１２１〜１２６は個々に
制御されており、双安定反射もしくは透過要素の時変調
によって、またはＬＣＤによる直接グレイスケール表示
等によって予想外のディスプレイ要素の故障がない場合
はディスプレイ要素１２１〜１２６は白い画素を表示す
る。一方、ディスプレイ要素１２７は故障がなければグ
レイ画素を示すように制御されている。ディスプレイ要
素１２１〜１２７は全体として、可変強度の光源１１４
を物理画素アレイ１２０に適用することによって形成さ
れるディスプレイ要素１２１〜１２７の画素像１３１〜
１３７からなる仮想画素アレイ１３０を示す。図中、光
源の光強度を可変強度光源１１４内に示す。図２では強
度１００である。単位は任意である。各ディスプレイ要
素１２１〜１２７の透過率／反射率をそれぞれパーセン
ト（０％、５０％、１００％等）で示し、かつ仮想画素
アレイ１３０の知覚されるグレイレベルを０〜１００の
スケールで示す。この場合１００がもっとも明るく、０
では黒くなる。実際には、仮想画素アレイ１３０は観察
者がディスプレイを見たときに目に映るものであり、物
理画素アレイ１２０が図３〜図５のところで説明する画
像処理駆動された画素強度のリマッピング中および高速
移動中のときも含まれる。
【００１５】図２からわかるように、物理画素アレイ１
２０のディスプレイ要素１２４は故障しているため、仮
想画素アレイ１３０には故障したディスプレイ要素１２
４に対応する暗い仮想画素１３４が含まれる。しかし、
ディスプレイ要素１２４の故障が判定できれば、故障を
緩和または完全に補正する対策を行うことができる。図
３に示すように、図２の光変調器アレイは一列だけ物理
的に変位され、仮想画素アレイ１３０の暗い仮想画素１
３４と隣接する仮想画素１３５との間で光を（時間平均
によって）有効に共有することができる。物理的変位は
高速かつ振動によるものであり、物理画素アレイ１２０
は１秒間に１０回、１００回、１０００回、または１０
０００回も一列変位と元位置への復帰を繰り返す。本発
明の典型的な実施形態では、一般に３０〜１００Ｈｚ程
度の振動が適当である。いかなる画像処理も行われてい
ない場合には、仮想画素アレイ１３０にはこうして暗い
仮想画素１３４がなくなるかわりにぼやけて、所望のグ
レイレベル１００の代わりにグレイレベル５０をもつ２
つのグレイ仮想画素１３４および１３５を含むようにな
る。また、図２に示すようにディスプレイ要素１２７か
ら得た元グレイレベル２０をもつ、本来グレイを示す仮
想画素１３７は、隣接するディスプレイ要素１２６から
の共有光を半分得るため、そのグレイレベルが２０から
６０へと明るくなった（（２０％＋１００％）÷２＝６
０％光透過／反射／透過）。
【００１６】図４は、仮想画素アレイのぼやけを除去
し、正しい相対グレイスケールをもたせるリスケーリン
グの様子を概略的に示す。本図からわかるように、ディ
スプレイ要素１２１、１２２、１２６および１２７の像
のグレイスケール強度は、故障した暗いディスプレイ要
素と隣接するディスプレイ要素との共有グレイスケール
強度と一致させるために５０までスケーリングして下げ
られる。仮想画素１３３を不必要に明るくしないため
に、ディスプレイ要素１２３は、物理的に仮想画素１３
３を示す位置にある間はグレイスケール強度５０にスケ
ーリングされ、かつ一列左に移動して仮想画素１３４を
示す位置ではグレイスケール強度１００となる。同様
に、ディスプレイ要素１２５は、物理的に仮想画素１３
５を示す位置にある間はグレイスケール強度１００にス
ケールされ、一列左に移動して仮想画素１３６を生成す
る位置ではグレイスケール５０となる。この結果、仮想
画素アレイ１３０は各仮想画素１３１〜１３６について
均一なグレイスケール強度５０を示すようになる。ま
た、仮想画素１３７に正しいグレイスケールを与えるに
は、ディスプレイ要素１２６は物理的に仮想画素１３６
を与える位置にある間はグレイスケール強度５０をも
ち、一列左に移動して仮想画素１３７を生成する位置で
はグレイスケール強度１０となる。このリスケーリング
した画像（仮想画素１３１〜１３６の知覚グレイスケー
ルが５０、仮想画素１３７の知覚グレイスケールが１
０）の明るさは、図５に示すように光源１１４の光強度
を１００から２００へと２倍にすることで補正される。
これにより仮想画素アレイ１３０の仮想画素１３１〜１
３６の知覚グレイレベルを目標値１００にすると同時
に、仮想画素１３７を目標値２０に戻すことができる。
【００１７】物理画素アレイ１２０の振動型移動は１つ
の画素を変位させるだけではないことを理解されたい。
図６は図３に示す本発明の実施形態にほぼ対応する図で
あり、物理画素アレイ１２０の３つの画素の変位を示
す。図２〜図５に示す例とは異なり、図６の全画素群の
目標レベルは１００であり、故障した１つのディスプレ
イ要素に対応する画素のグレイレベルは０である。図示
する変位により、光を１つの故障変調器から３つの画素
間に拡げ、知覚レベルを目標グレイレベル値１００に戻
すために必要な光源１１４の強度を下げることができ
る。ある実施形態では、振動型画素変位は、適当なアク
チュエータおよび適切な高速切り替え速度をもつ画素ア
レイの使用により、５列、１０列、またはそれ以上の列
（もしくは行）に対応することができる。
【００１８】本発明のさらに他の実施形態では、振動型
移動は二次元であってもよい。図３に示す本発明の実施
形態にほぼ対応する図７では、物理画素アレイ１２０の
二次元変位を示す。移動は、１つのディスプレイ要素を
一列左、一行上、一列右、そして一行下へさがって元位
置へ、という連続移動を繰り返して行われる。ここでも
また、全画素の目標値は１００であり、１つの故障した
ディスプレイ要素に対応する画素のグレイレベルは０で
ある。この二次元変位によって、光を故障変調器から４
つの隣接画素間に拡げ、知覚レベルを目標グレイレベル
値１００に戻すのに必要な光源１１４の強度を下げるこ
とができる。実施形態によっては、振動型画素変位の振
動パターンを変えてもよい。例えば、１０画素分列左、
一行上、１０画素分列右、そして一行下へさがって元位
置へ、という連続変位を繰り返して移動を行い、図７に
示す正方形軌道と比較して高比率の矩形画素変位軌道を
示すこともできる。
【００１９】本発明の理解に役立てるために、上述した
画像処理およびディスプレイメカニズムを図８に概略的
に示す。光変調器故障補償システム８０は、光変調器故
障識別ユニット８１に誤動作している光変調器（一次元
または二次元物理画素アレイ中のディスプレイ要素）を
特定させる。故障識別は、ディスプレイ製造施設におい
て一回だけ電子的または光学的検査として行ってもよ
い。より好適にはディスプレイ装置のウォームアップま
たは動作中に同時進行で故障識別を行う。光学的識別
は、アレイを検査してどのディスプレイ要素が異常に明
るいかまたは異常に暗いかを判断するだけでよい。電子
的識別は、各光変調器の光学状態（グレイレベル）を切
り替えさせる。その間に静電容量、抵抗、または他の適
当な電気的切り替え応答特性を測定し、不適切な電気的
応答があった光変調器を故障として識別する。例えば、
スティクション、サポートの損傷、またはデブリによる
妨害によって非反射状態に保持されている静電駆動され
たマイクロミラーは、切り替え時に通常予想される静電
容量の変化を示さないので、故障した光変調器として識
別できる。
【００２０】光変調器のどれかが故障していれば、振動
型画素変位ユニット８２を用いて、２つ以上の物理画素
から観察者が見る仮想画素アレイ中の各仮想画素へ光を
分配する。物理画素アレイは、物理アレイの光を周期的
に変位させる機械的（図４〜図７参照）、光学的（以下
の図９参照）、または光学機械的（以下の図１０参照）
技術によって移動させられる。物理画素アレイの移動の
長さ、方向性、速度、および経路は、オンボードまたは
外部ディジタルまたはアナログコントローラによって制
御され、かつ任意で調整されてより優れた画像補償を行
うことができる。例えば、初期の光分配には２つまたは
３つの画素の移動シフトをともなう物理画素アレイの一
次元移動が適当かもしれないが、より多くの光変調器が
故障するに従って、適切な画像品質を与えるにはより高
速の二次元移動が必要となりうる。
【００２１】光変調器故障識別ユニット８１および振動
型画素変位ユニット８２からの位置および速度情報が、
画像シフト補償器ユニット８３中の画像処理ソフトウェ
アまたはファームウェアへ送られる。ここでもやはり、
ソフトウェアは図１に示すように基板上に直接形成され
るオンボードのものであってもよいし、振動型画素変位
ユニット８２および画素像ディスプレイの駆動に必要な
エレクトロニクスに接続された別個のメモリおよびロジ
ックモジュール（ディジタルまたはアナログ）であって
もよい。画像シフト補償器ユニット８３は、振動型画素
変位ユニット８２と協調して画像位置のシフトに使用さ
れる。画素像を示すのに用いられるディジタル情報が、
物理アレイの移動と協調して１つ以上の画素分だけ周期
的にシフトされることにより、２つ以上の物理画素が一
緒になって１つの仮想画素を形成する。例えば、各画素
を物理的に２画素分ずつ左へ移動すると、画素像ディス
プレイは２画素分右へ移動し、これにより実際には３つ
の物理画素によって１つの仮想画素に光が与えられてい
ても、各画素を変化なくかつぼやけることなく見せるこ
とができる。
【００２２】当業者には理解できるように、画像シフト
補償器ユニット８３は、様々な超鋭敏技術（ｈｙｐｅｒ
ａｃｕｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いることで、
任意にサブ画素ディスプレイ精度をよくすることができ
る。この場合、例えば、特定の光変調器群が、画素の整
数倍距離においてだけでなくある整数倍距離と次の整数
倍距離との中間距離においても点灯されていれば、サブ
画素のエッジ設定が可能となる。タイミングに基づく超
鋭敏技術では、通常、物理アレイをより高い周波数で振
動させることが要求されるが、有効なディスプレイ解像
度を上げることができ、特に観察者として人間が容易に
検知できるエイリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）特徴を
最小限にするのに有用である。
【００２３】任意の超鋭敏タイミング情報を含む、ユニ
ット８１、８２および８３からの情報は、画像強度リス
ケーリングユニット８４へ送られる。図２〜図５のとこ
ろで説明したように、リスケーリングユニット８４は物
理画素アレイ中の一部またはすべての光変調器の表示す
るグレイレベルを修正する。画像強度リスケーリングユ
ニット８４がこのグレイレベルの調整を制御し、通常
は、故障した光変調器の隣に位置する光変調器について
最もグレイレベルの差分調整が必要となり、また物理画
素と仮想画素との相対位置に応じてグレイレベルの迅速
な切り替えが必要となる。
【００２４】全体に生じた明るさの損失は、図１の光源
５０に対応する可変光源強度増大ユニット８５を使用し
て補正する。画像の明るさの損失を補償するには、光源
強度増大ユニット８５の明るさを上げればよい。この明
るさ補正は、より多数の物理画素群が１つの仮想画素を
示す場合のほうが容易である。完全に補正された画像８
６を提供するには、図２〜図５のところで説明した例な
どのように物理画素と仮想画素との比率が２：１の場合
は光源の明るさを２倍にする必要があるが、この比率が
１０：１の場合は明るさを約１０％上げるだけでよいか
らである。当業者には理解できるように、点欠陥または
線欠陥の場合に比べて、全体的または局所的な明るさの
ばらつきについては観察者の許容度が大きいため、観察
者の期待を満足させるために可変光源強度増大ユニット
８５を使用しなくてもよい場合がある。このような場合
は、適宜補正された画像８６が表示され、故障した画素
近傍の明るさの損失は知覚できない程度か、または少な
くとも観察者にとって目障りとならない。また、本発明
は故障した画素領域中で画像表示強度を選択的に調整す
ることを企図しており、遠く離れた領域、例えば故障画
素から１０〜１００画素離れた領域などに対しては最小
限のまたは無視できる程度の補正を行う。ここでもやは
り、人間の目による知覚には限度があるので、このよう
に制約された補正であっても観察者にとって適切な故障
補償を提供することができる。
【００２５】二次元光変調器アレイの機械的または光学
的移動は、常に段階的平行移動である必要はなく、複数
の画素の距離にわたって連続移動してもよく、方向転換
が必要になったときに加速および減速を行うようにして
もよい。このような連続移動軌跡のため、物理画素群は
仮想画素位置に応じて、その位置占有時間が異なる。適
切な変形を行えば、画像シフト補償器ユニット８３は効
果的なアレイ移動の位置および速度についての情報を利
用して、図８のところで説明したような適切な画像シフ
トおよび強度補正を判定することができる。例えば、２
０画素分の距離にわたる振動型平行移動では、移動速度
は振動中心では均一であるが、端部では遅くなる。画像
シフト補償器ユニット８３は、位置フィードバック、速
度フィードバック、または時間の関数となる動作等の動
作を規定する他の手段によって移動に関する情報を入手
し、必要な補正を行って、ぼやけのない像を表示するこ
とができる。
【００２６】図１のところで説明したようにアレイを物
理的に移動させることによって２つ以上の物理画素を各
仮想画素に対応させることに加えて、かかる対応関係を
様々な光学的または光学機械的技術によって作りだすこ
とも可能である。例えば、図９は、ディスプレイ中の故
障、欠陥、または動作が断続的な画素群を機械的または
光学的に補償するメカニズムを支援可能なフォールトト
レラントディスプレイシステム２１０の一部破断斜視図
である。説明のため、図９は、固定基板２１２に対して
回転するように固定載置された回動ミラー２４４からな
る行列物理アレイ２４２を有するミラーベースの反射デ
ィスプレイ２４０を示す。ただし当業者には理解できる
ように、本発明は図１のところで説明した等の様々な他
の反射型または透過型ディスプレイ装置を使用してもよ
い。
【００２７】物理アレイ２４２中の各回動ミラー２４４
の双安定位置を制御することによって、スクリーン２８
２上に仮想グレイスケール画素アレイ像２８０を生成す
ることができる。このとき各ミラー２４４は選択的に制
御されて、入射光を吸収体（図示せず）へ反射させる
か、またはアクチュエータ２７２上に回動可能に取り付
けられた画素像変位ミラー２７０を介してスクリーン２
８２へ直接、または投写光学系、拡大鏡、もしくは固定
反射器（図示せず）を介して反射させる。図９に示すよ
うに、光源２５０からの入射光２５６は光変調器群から
なる物理アレイ２４２に当たって、所望の像パターンで
画素像変位ミラー２７０へ反射する。画素像変位ミラー
２７０はアクチュエータ２７２によって１０Ｈｚ，１０
０Ｈｚ，１０００Ｈｚまたはそれ以上の周波数で回転さ
せられることによって、光ビームを仮想グレイスケール
画素アレイ像２８０の１つ以上の仮想画素に対応する距
離だけ変位させる。画素像変位ミラー２７０を矢印２７
４方向に回動させるアクチュエータ２７２の動作は、静
電引力、電磁引力、圧電振動子、可動リニアステージ、
角度のついたアーム、またはミラー２７０を周期的に回
転もしくは移動させる他の従来のメカニズムによって行
われる。この動作は一次元、二次元、または三次元でも
行うことができる。
【００２８】図１のところで説明したのと同じ方法で、
オンボード制御エレクトロニクス２９０を、図８のとこ
ろで説明したミラー故障識別、画像リスケーリング、任
意の超鋭敏処理、および仮想画素移動用のミラー２７０
の制御を含む各種画像処理モジュールユニットの実行に
使用できる。一般に画素像変位ミラー２７０は、仮想グ
レイスケール画素アレイ像２８０の各行または各列の距
離の整数倍に対応する距離だけ移動させられる。例えば
図９の実施形態では、画素像変位ミラー２７０はグレイ
スケール画素アレイ像２８０の各行２８４が隣行２８６
の位置をわずかな時間の間占有するのに十分な距離だけ
回転できる。画素像変位ミラー２７０の二次元移動を用
いることにより、完全な二次元移動による画素変位も可
能になる。
【００２９】図１０は、損傷のある物理画素アレイのフ
ォールトトレラントな補正を行う本発明のさらに他の実
施形態を示す。フォールトトレラントディスプレイシス
テム３１０は、固定基板３１２上に取り付けられた冗長
アレイ３８５を支持して、機械的または光学的にディス
プレイ中の故障、欠陥、または動作が断続的な画素を補
償する。システム３１０は、基板３１２に対して双安定
に回転するように取り付けられた回動ミラー３４４から
なる行列物理アレイ３４２を有するミラーベースの反射
型ディスプレイ３４０を含む。反射型ディスプレイ３４
０はさらに、図１のところで説明したのと同じ可動部材
３１４上に取り付けられて、アレイ３４２の振動型移動
を支持する。当業者には理解できるように、本発明には
図１のところで説明した他の各種反射型または透過型デ
ィスプレイ装置等を使用できる。また、本発明の他の実
施形態の動作には複数の冗長行または列を用いてもよ
く、物理アレイ３４２の全行または全列をすべて複製す
ることも本発明の範囲内である。
【００３０】光変調器群からなる物理アレイ３４２中の
各回動ミラー３４４の双安定位置を制御することでスク
リーン３８２上に仮想グレイスケール画素アレイ像３８
０を作成することができる。各ミラー３４４は選択的に
制御されて、入射光を吸収体（図示せず）へ反射させる
か、またはスクリーン３８２へ反射させて仮想画素アレ
イ像３８０を示す。画素に欠陥がない場合は、光変調器
群の冗長アレイ３８５に当たる光源３５０からの入射光
３５６は、通常はスクリーン３８２へ反射する。光変調
器にいくつかの点欠陥がある場合は、物理アレイ３４２
が圧電振動子３１４によって方向３１６または３１８へ
振動させられ、図８のところで説明したような各種画像
処理技術によって適切な故障補正が行われる。ただし、
物理アレイ３４２中に非常に多数の隣接する光変調器の
故障があり、非作動仮想画素群（故障仮想行３８６等）
が生じる場合は、上述したような技術では故障を完全に
補償することはできない。
【００３１】しかし、図１０における本発明の実施形態
では、多数の行または列の故障の大規模な補償が可能で
ある。画素像変位ミラー３７０はアクチュエータ３７２
によって矢印３７４方向に回転し、冗長アレイ３８５か
ら反射した光ビームを、最初の仮想位置行３８４から故
障仮想行３８６位置へとマッピングすることができる。
図９のところで説明した本発明の実施形態と同じく、ミ
ラーを回動させるアクチュエータ３７２の動作は、静電
引力、電磁引力、圧電振動子、可動リニアステージ、角
度のついたアーム、または画素像変位ミラー３７０を周
期的に回転または移動させる他の従来のメカニズムによ
って、一次元、二次元、または三次元で行うことができ
る。画素像変位ミラー３７０は、冗長行からの仮想画素
像を故障画素の行に重なるような位置に固定することが
できる。これはミラー位置を一回だけ調整することによ
って行ってもよく、またはより一般的には、光変調器故
障識別ユニット（図８のところで説明したもの等）の動
作後にミラーをダイナミックに移動して、冗長仮想画素
と故障仮想画素とをオーバラップさせることができる。
本発明のある実施形態では、多数の冗長行、例えば物理
アレイ３４２中に存在するすべての冗長行を、物理アレ
イ３４２の横に配置できる。実際には、欠陥の大きい２
つの物理アレイを、重なり合う１つの仮想アレイを投写
するよう位置決めすることができ、第２の物理アレイは
第１の物理アレイ中の故障画素と交換する位置にある画
素だけを必要に応じて点灯する。本発明のこの実施形態
によって、コストの高い２つの欠陥物理アレイ群を協働
させて、欠陥のないアレイをエミュレートできる。現
在、各種の高画素密度物理アレイの故障率は８０％から
９０％に達しているので、本発明の２つの欠陥物理アレ
イを組み合わせる方法はコストを下げる効果が高いとい
える。
【００３２】図１０に示す冗長行および物理行アレイか
らの仮想投写を重ね合わせる方法は、図１〜図８のとこ
ろで説明した等の振動型故障補償メカニズムとともに用
いることが可能である。この場合、圧電振動子３１４の
動作によって、光変調器は矢印３１６または３１８方向
に振動しており、画素像変位ミラー３７０は図９のとこ
ろで説明したのと同じ方法で一次元または二次元に回転
して、物理アレイの振動移動を追尾する。これにより冗
長アレイの仮想投写によって大規模な行欠陥を完全に補
償できると同時に、図１〜図８のところで説明した等の
振動型移動および画像処理を用いて、特定された画素故
障を補正することができる。さらに、当業者には理解で
きるように、振動型移動はアレイ端部上の故障画素の簡
単な交換が可能である。例えば、物理アレイを、交換用
の仮想画素を与える位置に一時的に移動させることので
きる１０または２０の数からなる行または列の冗長アレ
イで取り囲むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態である可動部材によって固
定基板に取り付けられた二次元光変調器アレイを示す斜
視図である。
【図２】 可変強度の光源を変調するグレイスケール光
変調器アレイの概略図である。
【図３】 図２の光変調器アレイであって、欠陥補償の
ために横に移動させて暗い欠陥画素と隣接する画素との
間で光を共有させた様子を示す概略図である。
【図４】 図３の光変調器アレイであって、光を共有さ
せた画素と残りの画素の画像強度を一致させるために、
リスケーリングして画像強度を調整させた様子を示す概
略図である。
【図５】 図４の光変調器アレイであって、図２のグレ
イスケール背景に近似する希望のグレイスケール強度を
与えるように光強度をリスケーリングした様子を示す概
略図である。
【図６】 暗い欠陥画素といくつかの隣接する画素との
間で光を有効に共有するように複数の列が物理的に変位
された光変調器アレイを示す図である。
【図７】 暗い欠陥画素といくつかの隣接する行および
列の画素との間で光を有効に共有するために二次元で物
理的に変位された光変調器アレイを示す図である。
【図８】 光変調器補償システムの実施に使用されるモ
ジュールを概略的に示すフローチャートである。
【図９】 光振動画素変位システムを示す斜視図であ
る。
【図１０】 機能していない光変調器の行または列を取
り替えるための複数の冗長行または列を有する他のフォ
ールトトレラント光変調器アレイ投写システムを示す図
である。
【符号の説明】
３１０ フォールトトレラントディスプレイシステム、
３１２ 固定基板、３１４ 圧電振動子、３４０ 反射
型ディスプレイ、３４２ 物理アレイ、３４４回動ミラ
ー、３５０ 光源、３５６ 入射光、３７０ 画素像変
位ミラー、３７２ アクチュエータ、３８０ 仮想グレ
イスケール画素アレイ像、３８２ スクリーン、３８４
仮想位置行、３８５ 冗長アレイ、３８６ 故障仮想
行、３９０ 制御エレクトロニクス。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ディスプレイシステムは、 光源と、 ディスプレイ表面と、 前記光源と前記ディスプレイ表面との間の光路中に配置
    された、前記光源からの光を変調する行形状の第１の複
    数の光変調器群を有する二次元光変調器アレイであっ
    て、故障の発生しやすい光変調器行を含む二次元光変調
    器アレイと、 前記光源からの光を変調する行形状の第２の複数の光変
    調器群を有する冗長光変調器アレイと、 前記二次元光変調器アレイの少なくとも一つの故障した
    光変調器行の代用として、前記冗長光変調器アレイに入
    射した光を前記ディスプレイ表面上へ選択的に配向する
    ために位置決めされる光学素子と、 を含むことを特徴とするディスプレイシステム。
  2. 【請求項２】 ディスプレイシステムであって、 基板と、 前記基板に移動可能に取り付けられ、少なくとも一つの
    行を形成するように配置された複数の光変調器群を有す
    る二次元光変調器アレイと、 前記基板に対して移動可能に取り付けられ、少なくとも
    一つの冗長行を形成するように配置された複数の光変調
    器群を有する冗長アレイであって、前記冗長行が前記二
    次元光変調器アレイの前記少なくとも一つの行に隣接し
    て位置する冗長アレイと、 前記二次元光変調器アレイと前記冗長アレイとを前記基
    板に対して移動させ、前記冗長行を前記二次元光変調器
    アレイの少なくとも一つの行の位置を一時的に占有する
    ように移動させる可動要素と、を含むことを特徴とする
    ディスプレイシステム。
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