專利名稱：Mems和光調(diào)制器陣列的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬MEMS陣列的控制，并尤其涉及光調(diào)制器陣列的模擬電壓控制。
背景技術(shù)：
利用每個(gè)象素單元的二元數(shù)字控制的光調(diào)制器陣列已經(jīng)在單色文本顯示和投影儀中得以應(yīng)用。為了產(chǎn)生灰度和顏色，希望用模擬信號(hào)而非簡(jiǎn)單的二元控制來(lái)控制每個(gè)象素單元。為了實(shí)現(xiàn)光調(diào)制器陣列系統(tǒng)中高分辨率顏色或灰度，通常認(rèn)可的兩種方法是脈寬調(diào)制和調(diào)制器元件的直接模擬控制。利用脈寬調(diào)制需要將單幀周期分為多個(gè)周期片段并在每個(gè)周期片段中為每個(gè)調(diào)制器元件發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)于大的陣列和高分辨率，需要非常高的數(shù)據(jù)速率。在光投影儀領(lǐng)域，為找到降低這些數(shù)據(jù)速率并同時(shí)維持理想的顏色分辨率的方法付諸了大量的努力。
對(duì)于MEMS器件陣列如光調(diào)制元件(如，微反射鏡、基于衍射的調(diào)制器或基于干涉的調(diào)制器)陣列，或LCD調(diào)制器陣列，還希望模擬控制驅(qū)動(dòng)調(diào)制器的電壓以產(chǎn)生灰度和顏色。將陣列的每個(gè)單元完全置于模擬控制之下會(huì)負(fù)面影響光調(diào)制系統(tǒng)性能和/或成本。模擬電路在集成電路工藝中面積越大越昂貴(area expensive)，并且各個(gè)單元的模擬控制可能需要單元尺寸的增大，這導(dǎo)致調(diào)制器陣列的空間分辨率降低。在維持單元的大小的努力中，可以利用具有較高光刻分辨率和較小特征尺寸的制造工藝，這將導(dǎo)致較高的成本。在光調(diào)制器陣列的每個(gè)象素單元復(fù)制模擬控制電路也會(huì)負(fù)面影響可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制MEMS器件陣列的方法，其中MEMS器件陣列的類型為具有用于選擇陣列的特定MEMS器件的列線和行線，所述的方法包括步驟提供大量分立電壓；和響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立電壓多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)MEMS器件的選定的分立電壓；和啟動(dòng)選定的分立電壓向陣列的每個(gè)MEMS器件的施加。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制光調(diào)制器陣列的方法，其中光調(diào)制器陣列的類型為具有用于選擇陣列的象素的列線和行線，所述的方法包括步驟提供大量分立模擬電壓；和響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立模擬電壓多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的選定的分立模擬電壓；和啟動(dòng)選定的分立模擬電壓向陣列的每個(gè)象素的施加。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于控制光調(diào)制器陣列的方法，其中光調(diào)制器陣列具有適于響應(yīng)于模擬電壓信號(hào)的象素調(diào)制元件，該方法包括步驟提供大量列線和大量行線，列線和行線的每種組合適于選擇象素；提供大量分立電壓；和對(duì)于陣列的每個(gè)象素，從分立電壓中選擇將被施加到象素的電壓；將選定的電壓施加到象素的列線；和通過(guò)選擇象素的行線啟動(dòng)選定的電壓向象素的施加。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制光調(diào)制器陣列的裝置，其中光調(diào)制器陣列的類型為具有用于選擇陣列的象素的列線和行線，所述的裝置包括大量分立電壓源；一多路傳輸器，響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立電壓源多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的選定的電壓，多路傳輸器包括多個(gè)電壓選擇塊，每個(gè)電壓選擇塊耦合到一列線；和多個(gè)門，用于啟動(dòng)選定的分立電壓向陣列的每個(gè)象素的施加，每個(gè)門耦接到一行線。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制光調(diào)制器陣列的裝置，其中光調(diào)制器陣列的類型為具有用于選擇陣列的象素的列線和行線，所述的裝置包括大量分立電壓源；和一多路傳輸器，響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立電壓源多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的選定的電壓，多路傳輸器包括多個(gè)電壓選擇塊，每個(gè)電壓選擇塊耦合到一行線；和多個(gè)門，啟動(dòng)選定的分立電壓向陣列的每個(gè)象素的施加，每個(gè)門耦接到一列線。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于具有多個(gè)MEMS器件的光調(diào)制器陣列的控制器，該控制器包括用于提供大量分立模擬電壓的裝置；用于從分立電壓中選擇將被施加到每個(gè)MEMS器件的模擬電壓的裝置；和用于將選定的模擬電壓施加到每個(gè)MEMS器件的裝置。


通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)更容易地理解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行控制的光調(diào)制器陣列的第一實(shí)施例簡(jiǎn)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行控制的光調(diào)制器陣列的第二實(shí)施例簡(jiǎn)圖；圖3是用于電壓驅(qū)動(dòng)的MEMS元件的驅(qū)動(dòng)電路示意框圖。
具體實(shí)施例方式
在此說(shuō)明書及所附權(quán)利要求書中，“MEMS”一詞具有微機(jī)電系統(tǒng)的通常含義。本發(fā)明可以應(yīng)用到包含多種MEMS器件的陣列。為了清楚和具有針對(duì)性，本實(shí)施例以光調(diào)制器陣列為例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中MEMS器件是調(diào)制器象素單元。這些實(shí)施例舉例說(shuō)明了本發(fā)明的原理和實(shí)施，本發(fā)明也可以應(yīng)用到其它的可模擬控制的MEMS器件。
本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)在于可在多重驅(qū)動(dòng)電壓下對(duì)單元的單獨(dú)尋址能力，無(wú)需在每個(gè)象素單元復(fù)制的模擬控制電路的額外開(kāi)銷。通過(guò)提供大量的分立電壓、從分立電壓中多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的一選定電壓并啟動(dòng)將選定的分立電壓施加到陣列的每個(gè)象素，使具有列線和行線的光調(diào)制器陣列響應(yīng)于輸入信號(hào)而得到控制。
下面詳細(xì)描述的實(shí)施例舉例說(shuō)明了光調(diào)制元件陣列、如微反射鏡陣列或基于衍射的調(diào)制器、或基于干涉的調(diào)制陣列中單元的電壓控制方法。模擬控制電路置于陣列的邊界處，消除了對(duì)以象素單元水平復(fù)制模擬控制電路的必要性。尋址方案允許將適當(dāng)?shù)碾妷弘娖蕉嗦穫鬏數(shù)礁鱾€(gè)單元。
圖1是根據(jù)本發(fā)明控制的光調(diào)制器陣列10的第一實(shí)施例簡(jiǎn)圖。雖然本實(shí)例表示了一個(gè)在3×3方陣中只有九個(gè)象素單元20的簡(jiǎn)單的光調(diào)制器陣列10，但可以理解，光調(diào)制器陣列可以有布置成常規(guī)結(jié)構(gòu)的很多象素單元，如矩形陣列，其中每個(gè)象素單元由行30和列40尋址。在圖1中，行1用標(biāo)號(hào)31表示，行2用標(biāo)號(hào)32表示，行3用標(biāo)號(hào)33表示。類似地，列1用標(biāo)號(hào)41表示，列2用標(biāo)號(hào)42表示，列3用標(biāo)號(hào)43表示。每個(gè)象素單元20有一個(gè)Vin輸入21和一個(gè)ENABLE輸入22。
大量的電壓控制器件50產(chǎn)生一個(gè)接線到每個(gè)列電壓選擇塊的模擬電壓范圍。在圖1所示的實(shí)施例中，電壓控制器件50是數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)51、52和53。陣列的列數(shù)據(jù)60控制每列的電壓選擇總線。DAC 51-53的輸入所需的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)由所需的不同模擬電壓數(shù)決定。陣列的行數(shù)據(jù)類似于常規(guī)的二元驅(qū)動(dòng)陣列的情形。行數(shù)據(jù)用作ENABLE信號(hào)，驅(qū)動(dòng)選定的調(diào)制器象素單元20的選定列電壓。
圖2是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行控制的光調(diào)制器陣列15的第二實(shí)施例簡(jiǎn)圖。在圖2中，行1-3還用標(biāo)號(hào)31-33表示，列1-3也分別用41-43表示。另外，如圖1所示，每個(gè)象素單元20有一個(gè)電壓Vin輸入21和一個(gè)ENABLE輸入22。
在圖2的實(shí)施例中，提供了大量的分立模擬參考電壓70，如Vref171、Vref272和Vref373。模擬多路傳輸器(MUX)80組根據(jù)列數(shù)據(jù)60為每一列選取模擬參考電壓。例如，模擬MUX81從Vref171、Vref272和Vref373中選擇模擬電壓以施加到列1總線41。類似地，模擬MUX82從相同的模擬參考電壓組中選擇模擬電壓施加到列2總線42，模擬MUX83從相同的模擬參考電壓組中選擇模擬電壓施加到列3總線43。如圖1所示，行數(shù)據(jù)用作ENABLE信號(hào)，驅(qū)動(dòng)選定的調(diào)制器象素單元20的選定列電壓Vin。
可以由整個(gè)光調(diào)制器陣列15的單組常規(guī)DAC(未示出)，將DAC用于分立模擬參考電壓71-73中的每一個(gè)，產(chǎn)生可編程的模擬參考電壓70，如Vref171、Vref272和Vref373。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，分立的模擬參考電壓的數(shù)量不限于圖2中所示的三個(gè)，可以采用任何所需數(shù)量的分立模擬參考電壓。
圖3在簡(jiǎn)單的框圖中表示了電壓驅(qū)動(dòng)MEMS元件如光調(diào)制像元的驅(qū)動(dòng)電路，舉例說(shuō)明了如何在每個(gè)象素單元20處實(shí)現(xiàn)電壓Vin輸入21和ENABLE輸入22。由行ENABLE信號(hào)35選通的單個(gè)通柵90驅(qū)動(dòng)將被施加到調(diào)制器象素單元20的選定的Vin電壓輸入45。如果需要，可以用電容器25保持施加的模擬電壓Vin，或者象素單元20可以有一個(gè)內(nèi)置電容C，取消對(duì)獨(dú)立電容25的需求。
因而圖1和圖2的實(shí)施例分別利用了大量的電壓控制元件50或80來(lái)產(chǎn)生所需范圍的分立模擬電壓。然后將分立模擬電壓多路傳輸?shù)秸{(diào)制器陣列的列線。與在每個(gè)單元產(chǎn)生模擬電壓電平相反，將給定范圍的電壓中的任一電壓多路傳輸?shù)礁鱾€(gè)象素單元能夠以數(shù)據(jù)速率最小的增大提高顏色分辨率。
將給定范圍的電壓中的任一電壓多路傳輸?shù)礁鱾€(gè)象素單元還可以消除對(duì)更昂貴的制造工藝的需求，并允許有尺寸適于在調(diào)制器陣列各象元之下的模擬控制電路。
控制光調(diào)制器陣列10和15的所述方法包括提供大量的分立模擬電壓。所述的方法通過(guò)從分立電壓中選擇將被施加到象素的電壓，施加選定的電壓到列線，并通過(guò)為象素選擇行線使選定的電壓施加到象素，實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列的每個(gè)象素單元20使用行線30和列線40。提供的分立電壓是模擬參考電壓，該電壓既可以在圖1所述的每一列，也可以對(duì)于如圖2所示的整個(gè)陣列(或陣列的任何所需部分)利用DAC進(jìn)行編程。對(duì)于光調(diào)器制陣列的所有象素基本上可以同時(shí)進(jìn)行電壓的選取、電壓的應(yīng)用以及啟動(dòng)。
在此所述的方法也可以用于控制具有象素調(diào)制元件20的光調(diào)制器陣列，其中象素調(diào)制元件20適于響應(yīng)于模擬電壓信號(hào)。一種方法是提供了大量的行線30和大量的列線40以及大量的分立模擬電壓70，特定列線和特定行線的每種組合都適于選擇陣列的象素調(diào)制元件。對(duì)于陣列的每個(gè)象素，從分立模擬電壓70中選擇將被施加到象素的電壓。選定的電壓施加到象素的列線上，并且選定電壓向象素上的施加通過(guò)選擇象素的行線啟動(dòng)?；蛘撸谝环N等價(jià)的方案中，對(duì)象素的行線施加選定的電壓，并且通過(guò)選擇象素的列線啟動(dòng)選定電壓對(duì)象素的應(yīng)用。同樣，對(duì)于光調(diào)制器陣列的所有象素也可以基本上同時(shí)進(jìn)行電壓的選取、電壓的應(yīng)用和啟動(dòng)。在響應(yīng)于模擬電壓信號(hào)的象素調(diào)制元件20的范圍內(nèi)，每個(gè)分立電壓可以對(duì)應(yīng)于例如灰度水平或?qū)?yīng)于色調(diào)、飽和度以及顏色的強(qiáng)度的唯一組合。
本發(fā)明的另一方面是一種用于響應(yīng)于輸入信號(hào)控制光調(diào)制器陣列的裝置。光調(diào)制器陣列10或15具有用于選擇陣列的象素單元20的行線30和列線40。該裝置包括大量分立電壓源，一個(gè)響應(yīng)于輸入信號(hào)的多路傳輸器80，用于從分立電壓源多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的選定的電壓，和一個(gè)或多個(gè)門90，用于啟動(dòng)對(duì)陣列的每個(gè)象素單元20施加選定的分立電壓。每個(gè)分立電壓源可以是一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。如果需要保持對(duì)應(yīng)于選定模擬電壓的電荷，則裝置可以包含一個(gè)與門90耦接的電容器25。門90可以由行線30或可替換地列線40控制。
要執(zhí)行多路傳輸功能，可以使用大量電壓選擇塊，如果行線30控制門90，每個(gè)電壓選擇塊耦接到列線40，或可替換地如果列線30控制門90，則每個(gè)電壓選擇塊耦接到行線30。
因而本發(fā)明提供了用于控制具有多個(gè)象素的光調(diào)制器陣列的方法和裝置?？刂蒲b置提供了大量分立模擬電壓，從這些分立電壓中選擇一將被施加到每個(gè)象素的特定的模擬電壓，并且將選定的模擬電壓施加到每個(gè)選定的象素。上述裝置還提供選定的模擬電壓向每個(gè)象素的應(yīng)用的選通。模擬電壓的多路傳輸與光調(diào)制器陣列的行/列尋址集成。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的方法和裝置用于控制多種可模擬控制的MEMS器件陣列、光調(diào)制器陣列和光投影儀，如微反射鏡、基于衍射的調(diào)制器或基于干涉的調(diào)制器，以及用于液晶(LCD)調(diào)制器的控制。
雖然前面已經(jīng)描述并舉例說(shuō)明了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定的實(shí)質(zhì)和范圍的前提下可以對(duì)本發(fā)明做各種改型和變化。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道，行線和列線的作用可以與實(shí)施例中的相反。在此方法中，對(duì)陣列的每個(gè)象素提供大量分立電壓，從該分立電壓中選擇將被施加到象素的電壓，將選定的電壓施加到象素的行線，并且通過(guò)選擇象素的列線啟動(dòng)選定電壓對(duì)象素的應(yīng)用。
另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道，所述的電壓控制也可以與常規(guī)的脈寬調(diào)制相結(jié)合，能夠以所需數(shù)據(jù)速率的最小增長(zhǎng)提高顏色分辨率。例如，如果使用兩個(gè)模擬信號(hào)(如1V和2V)，并且使用兩位脈寬數(shù)據(jù)(或四個(gè)可能的工作循環(huán))，即可以實(shí)現(xiàn)八個(gè)強(qiáng)度水平。
權(quán)利要求
1.一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制MEMS器件陣列的方法，其中MEMS器件陣列的類型為具有用于選擇陣列的特定MEMS器件的列線和行線，所述的方法包括步驟a)提供大量分立電壓；和b)響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立電壓多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)MEMS器件的選定的分立電壓；和c)啟動(dòng)選定的分立電壓向陣列的每個(gè)MEMS器件的施加。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于分立電壓是模擬參考電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于陣列的每個(gè)MEMS器件包括光調(diào)制器的一象素單元。
4.一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制光調(diào)制器陣列的方法，其中光調(diào)制器陣列的類型為具有用于選擇陣列的象素的列線和行線，所述的方法包括步驟a)提供大量分立模擬電壓；和b)響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立模擬電壓多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的選定的分立模擬電壓；和c)啟動(dòng)選定的分立模擬電壓向陣列的每個(gè)象素的施加。
5.一種用于控制光調(diào)制器陣列的方法，其中光調(diào)制器陣列具有適于響應(yīng)于模擬電壓信號(hào)的象素調(diào)制元件，該方法包括步驟a)提供大量列線和大量行線，列線和行線的每種組合適于選擇象素；b)提供大量分立電壓；和對(duì)于陣列的每個(gè)象素，c)從分立電壓中選擇將被施加到象素的電壓；d)將選定的電壓施加到象素的列線；和e)通過(guò)選擇象素的行線啟動(dòng)選定的電壓向象素的施加。
6.一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制光調(diào)制器陣列的裝置，其中光調(diào)制器陣列的類型為具有用于選擇陣列的象素的列線和行線，所述的裝置包括a)大量分立電壓源；b)一多路傳輸器，響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立電壓源多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的選定的電壓，多路傳輸器包括多個(gè)電壓選擇塊，每個(gè)電壓選擇塊耦合到一列線；和c)多個(gè)門，用于啟動(dòng)選定的分立電壓向陣列的每個(gè)象素的施加，每個(gè)門耦接到一行線。
7.一種響應(yīng)于輸入信號(hào)控制光調(diào)制器陣列的裝置，其中光調(diào)制器陣列的類型為具有用于選擇陣列的象素的列線和行線，所述的裝置包括a)大量分立電壓源；和b)一多路傳輸器，響應(yīng)于輸入信號(hào)，從分立電壓源多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)象素的選定的電壓，多路傳輸器包括多個(gè)電壓選擇塊，每個(gè)電壓選擇塊耦合到一行線；和c)多個(gè)門，啟動(dòng)選定的分立電壓向陣列的每個(gè)象素的施加，每個(gè)門耦接到一列線。
8.一種用于具有多個(gè)MEMS器件的光調(diào)制器陣列的控制器，該控制器包括a)用于提供大量分立模擬電壓的裝置；b)用于從分立電壓中選擇將被施加到每個(gè)MEMS器件的模擬電壓的裝置；和c)用于將選定的模擬電壓施加到每個(gè)MEMS器件的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的控制器，還包括d)用于向每個(gè)MEMS器件選通施加選定的模擬電壓的裝置。
10.如權(quán)利要求8所述的控制器，其特征在于陣列的每個(gè)MEMS器件包括光調(diào)制器的象素單元。
全文摘要
具有列線(40)和行線(30)的MEMS器件陣列(10或15)、如光調(diào)制器陣列，響應(yīng)于輸入信號(hào)，通過(guò)提供大量分立電壓(70)、從分立電壓多路傳輸將被施加到陣列的每個(gè)MEMS器件(20)的一選定電壓(21)、并使得選定的分立電壓施加到陣列的每個(gè)MEMS器件，而得到控制。
文檔編號(hào)G09G3/36GK1542499SQ200410002
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者E·T·馬丁, A·皮爾, J·R·普日貝拉, A·L·戈澤爾, P·J·弗里克, E T 馬丁, 弗里克, 戈澤爾, 普日貝拉 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司