專利名稱：帶有塊復位和第二存儲器的多重存儲器定時的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間光調(diào)制器，特別涉及到支持空間光調(diào)制器陣列的存儲器方案。
空間光調(diào)制器的一種形式是由獨立可尋址元件陣列組成，例如液晶顯示板或數(shù)字微鏡器件。調(diào)制器陣列的這些例子有許多用途，例如打印機、顯示器和光學處理。本討論將集中于顯示系統(tǒng)。
在某些應(yīng)用中，這些陣列以二進制模式工作，其中每個獨立的元件接收一個ON(通)或OFF(斷)信號。典型地，陣列的這些接收ON信號的元件或像素構(gòu)成了觀察者從屏幕或通過光學裝置接收圖像或直接來自屏幕或通過光學裝置的圖像。
為獨立尋址每個像素，每個調(diào)制器陣列必須有允許信號到達每個像素的電路并使它以一定的方式作出響應(yīng)。一種方法是每個像素需要一個存儲器單元，該存儲器單元接收像素下一個狀態(tài)的信息，該信息起源于用于產(chǎn)生顯示圖像的方案。
一種稱為脈沖寬度調(diào)制的圖像生成技術(shù)是在一個圖幀時間內(nèi)反復對每個像素切換ON和OFF。這種方法通過在一幀中像素ON的次數(shù)或傳送到最終圖像的光來控制每個給定像素的強度。在數(shù)字上，通過使用帶權(quán)重的數(shù)據(jù)位達到灰度級。
例如，為達到16個灰度級，每個像素在一幀的時間間隔內(nèi)接收4位數(shù)據(jù)。幀時間分成1—15的15個時間片。最高位(MSB)接收8個時間片用于顯示其數(shù)據(jù)。次高位接收4個時間片，等等。存在允許把這些時間片以非連接段方式分配到數(shù)據(jù)位的技術(shù)。例如，MSB可在某一時刻顯示2個時間片，然后在其它時刻顯示另外6個時間片，或者再進一步劃分。作為用DMD的這種方法詳細描述的一個例子，是在美國專利5278652，“用于脈沖寬度調(diào)制顯示系統(tǒng)的DMD結(jié)構(gòu)和定時”中。
前述技術(shù)需要保存被顯示數(shù)據(jù)和在適當?shù)臅r刻將其送到像素的存儲器。一種方法是每個像素使用一個存儲單元。存儲單元接收像素數(shù)據(jù)，像素得到允許對鎖存于其新狀態(tài)的新數(shù)據(jù)起作用的控制信號。同時，存儲單元接收像素下一個狀態(tài)的數(shù)據(jù)。當有像素傳送信號時，像素就對其新的數(shù)據(jù)起作用。
前述方法集中在某一時刻接收像素傳送信號的整個陣列。然而，技術(shù)允許任一像素通過其自身接收傳送信號的技術(shù)是存在的。這允許用很低的數(shù)據(jù)率對系統(tǒng)作更有效的管理。在美國專利申請08/002627號，”空間光調(diào)制器的像素控制電路”中討論了這一方法。
通常稱為分裂復位的這種特殊技術(shù)，每個像素使用少于一個存儲器單元，而每個存儲單元的像素個數(shù)稱為“扇出”。這種結(jié)構(gòu)更準確地稱為多重存儲器結(jié)構(gòu)。存儲器單元接收一組像素的數(shù)據(jù)，而不是僅僅一個像素。為使峰值數(shù)據(jù)率最接近地與平均數(shù)據(jù)率匹配，扇出由下式算出扇出max＝(2n—1)/n，其中n＝強度的位數(shù)。因而，如果強度是4位，那么扇出是24—1(或15)除以4，等于3.75個像素。因為不可能有小于1的像素，所以每個存儲器單元有4個像素。
前述方法的一個問題是強度級的個數(shù)與每個存儲器單元的像素個數(shù)相連系。每個存儲器單元的像素個數(shù)必須在器件制造前確定。對于不同的強度位數(shù)用帶有設(shè)定扇出的器件增加了數(shù)據(jù)率，這將抵消使用多重存儲器結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點。
因此，如果強度級數(shù)不同，則為了保持系統(tǒng)的費用下降，需要制造不同的器件。為此，需要有一種方法使多重存儲器結(jié)構(gòu)方案更具適應(yīng)性而消除特殊地制造器件的需要。
本發(fā)明的一個方面是帶有獨立可尋址像素陣列的空間光調(diào)制器。每個像素可以響應(yīng)于傳送到它的相應(yīng)的一個信號而被置位和復位。一個像素是由一個反射或傳輸作用區(qū)域和驅(qū)動電路組成。信號通過存儲器單元傳送到像素，且從任一存儲單元接收到的像素多于一個。與一存儲器單元相連系的像素個數(shù)在器件制造前確定且依賴于強度的位數(shù)。
本發(fā)明的一個方面是對若干應(yīng)用，允許用一按每存儲器單元在設(shè)定個數(shù)的像素制造的器件，同時使峰值數(shù)據(jù)率的增加降至最小。相同的器件能用于這樣兩個系統(tǒng)，其中每個系統(tǒng)使用不同的強度位數(shù)，而與該器件的固定扇出無關(guān)。
為更充分地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，下面參照附圖進行詳細說明。


圖1是表示多重存儲器結(jié)構(gòu)存儲單元及其分配到的像素元素一例的方框圖。
圖2表示帶有屏蔽單元的多重存儲器結(jié)構(gòu)存儲單元及其分配到的像素元素一例的方框圖。
圖3表示帶有屏蔽單元的多重存儲器結(jié)構(gòu)存儲單元及其分配到的像素元素的定時圖。
二進制空間光調(diào)制器是帶有獨立可尋址像素陣列的調(diào)制器，像素具有ON和OFF狀態(tài)。液晶顯示器(LCD)、數(shù)字微鏡器件(DMD)和驅(qū)動鏡陣列(AMA)是其例子。對二進制空間光調(diào)制器的尋址的方法之一是脈沖寬度調(diào)制(PWM)。進入的視頻數(shù)據(jù)流，如果需要的話，進行數(shù)字化，然后送到某種類型的存儲器。存儲器通過視幀儲存數(shù)據(jù)流。對于陣列中一個給定的像素具有在視幀中為該像素特別設(shè)定的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)組的大小依賴于系統(tǒng)使用的強度的位數(shù)。如果系統(tǒng)用8位強度，那么對每個像素有8位數(shù)據(jù)。
給每一位以一個二進制權(quán)重而達到灰度級。例如，對一個8位系統(tǒng)，有256個灰度級，其中的255個級是非零的。為使PWM達到256個灰度級，把幀時間分成255個時間片，最高位(MSB)接收128個時間片用于其顯示。顯示時間是指當受照明時像素對給定的數(shù)據(jù)位起作用的時間。有效位的數(shù)據(jù)可使一個像素在ON位置而另一個在OFF位置。像素是ON位置還是OFF位置，依賴于它們的驅(qū)動電路上的數(shù)據(jù)。對于DMD和LCD，驅(qū)動電路通常至少包括一個電極。對于AMA，驅(qū)動電路典型地包括壓電晶體。此外，能用可充放電的電容。
接下來，次高位(Next MSB)接收64個時間片，繼續(xù)下去直到最低位(LSB)接收1個時間片。有許多裝入和顯示數(shù)據(jù)的方法，這些方法在前述專利，即美國專利5278652，“用于脈沖寬度調(diào)制顯示系統(tǒng)的DMD結(jié)構(gòu)和定時”中做了描述，該專利包括于此作為參考。
在前述類型的方案中，裝入時間必須等于1個時間片。因為LSB僅接收1個時間片，通常稱這些時間片為LSB時間。在像素接收到數(shù)據(jù)后，它們適當個的LSB時間內(nèi)被鎖存在其位置上。這允許下一數(shù)據(jù)位被裝入配屬于每個像素的存儲器單元。如果PWM方案很簡單，且每一位按一幀中從MSB到LSB的順序裝入，則下一幀的MSB必須在先前幀的LSB顯示時間內(nèi)裝入。所以，裝入時間必須等于LSB時間。
這導致極高的數(shù)據(jù)率(burst data rate)。如果陣列是2048×1152，那么在1個LSB時間要裝入2359296個像素。LSB時間能用下式計算LSB=1F*1R*12I-1]]>其中，R等于每秒30幀的幀時間，R是每幀的彩色數(shù)，而I是強度的整數(shù)位數(shù)(對于256級系統(tǒng)，I＝8)。
每幀的彩色數(shù)據(jù)依賴于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果系統(tǒng)有一個空間光調(diào)制器，對于全色系統(tǒng)，它需要有色濾光器或者與對調(diào)制器照明著色相等效的東西。所以，每幀必須有3彩色，這要求前述討論的PWM方案每幀進行3次，每次用于一個彩色。LSB時間是(1/30)*(1/3)*(1/255)＝43.5μS。2359296個像素必須裝入。另一種結(jié)構(gòu)有3個空間光調(diào)制器，每一個對應(yīng)于某一種彩色，使每一種器件的每一幀彩色數(shù)減少到1。這樣就有130.5μS的幀時間。
數(shù)據(jù)率用下式計算 其中，R是行數(shù)，C是列數(shù)。前述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率是(2048*1152)/43.5μS或每秒54.2兆位。
為降低數(shù)據(jù)率可作調(diào)整，例如對每一列用二個列驅(qū)動器，使數(shù)據(jù)率減少一半。如果所用器件有128個輸入腳，可把這些列加以組合以使用移位寄存器，根據(jù)每個移位寄存器的寬度，能進一步減少數(shù)據(jù)率。多重存儲器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點之一是它減少了在一個LSB時間內(nèi)裝入的存儲器單元數(shù)，因此顯著地降低了峰值數(shù)據(jù)率。
然而，使用多重存儲器結(jié)構(gòu)的最大缺點在于 其中，n是強度的位數(shù)，扇出是在制造前為使輸入數(shù)據(jù)率低而對每一個器件設(shè)定的。用圖1表示多重存儲器結(jié)構(gòu)的一個例子，存儲單元是10，它對應(yīng)的像素元件是12a，12b，12c和12d。所示的實施例是對扇出是4(一個4位系統(tǒng))而言的，其中扇出是每個存儲器單元的像素數(shù)。為了把已設(shè)定扇出的器件用于具有不同強度級的其它應(yīng)用，增加了峰值數(shù)據(jù)率。這個增加由新的級的扇出除以器件的扇出乘以當器件把適當?shù)膹姸燃売糜谄渖瘸鰰r器件的數(shù)據(jù)率。
例如，具有10.9MHz和11個扇出(64個強度級的扇出是10.5，四舍五入)的一塊芯片，能用于要求256個強度級的系統(tǒng)。具有256個強度級(255加上OFF狀態(tài))的器件的最優(yōu)扇出是28—1或255，除以8，等于31。新數(shù)據(jù)率是31(新扇出)/11(舊扇出)乘以10.9MHz等于30.7MHz。觀察下表中的其它計算，易于明白為什么使用已設(shè)定扇出的器件對于其它應(yīng)用是無法實現(xiàn)的。
表一具有非最優(yōu)扇出的器件的數(shù)據(jù)率
器件的扇出＝11(64個強度級)新數(shù)據(jù)率＝(最優(yōu)扇出/器件扇出)×最優(yōu)扇出數(shù)據(jù)率1空間光調(diào)制器2048×1152有180Hz輸入率128輸入腳然而，在存儲器單元和配屬給的像素間采用額外的電路，就有可能在不顯著增加數(shù)據(jù)率的情況下，使已設(shè)定扇出的器件可用于新的應(yīng)用。圖3所示的是其中一例，參看圖3a定時圖就很容易理解。
在圖2中，數(shù)據(jù)輸入總線14傳送第1位數(shù)據(jù)(它是與是LSB相鄰的一位)到基本存儲器單元或數(shù)據(jù)鎖存器16，它表示在定時3a的第一行。當?shù)?位裝入所有相應(yīng)的存儲單元后，有二個控制信號產(chǎn)生。第一個控制信號表示在圖3a的第二行，是屏蔽傳送信號(22)，它從基本存儲器單元傳送數(shù)據(jù)到第二或屏蔽存儲器單元(18)。為了說明，這里假設(shè)是數(shù)據(jù)鎖存器，但也能是任何能夠包括存儲和清除數(shù)據(jù)的電路。它也傳送數(shù)據(jù)到電極或其它像素20a—20k(對于11個扇出)的電路。電極狀態(tài)表示在圖3a的第三行。第二個控制信號是像素傳送信號，它表示在圖3a的第四行。像素然后調(diào)整以響應(yīng)于像素傳送信號來顯示第1位數(shù)據(jù)，表示在圖3a的第四行。處理傳送信號順序的流程圖和由虛線圍住范圍的數(shù)據(jù)運動表示在圖3b中。
對于第0位(它是LSB)重復相同的過程。但是，屏幕存儲器被分別用信號(24)從第二存儲器清零，表示在圖3a的第六行。當施加像素傳送信號時，它使像素成為OFF狀態(tài)。在這種情況下，屏蔽清零和像素傳送信號的定時是這樣的，即第0位的顯示時間是第1位顯示時間的一半。流程圖的這部分是表示在圖3C的虛線圍住的部分的定時圖。
通過在LSB的顯示時間對第二存儲器清零，給器件的裝入時間比LSB的顯示時間要多。第0位為清零位，它表示它的顯示時間少于裝入時間。例如，如果位0(在它通常的顯示時間后LSB被清零)和下一個屏蔽傳送信號對另一個LSB時間沒有來到，則器件的裝入時間有效地增加了一倍。不必在一幀的1/255中裝入器件，而能在一幀的1/128中裝入器件。
通過不同地識別位數(shù)，這個過程得到多重存儲器結(jié)構(gòu)。代替強度的n位，現(xiàn)在有二類位I位，是裝入時間小于等于它們顯示時間的整數(shù)位；C位是清零位。扇出的計算變成 這降低了在表1中，器件不用最優(yōu)扇出計算新數(shù)據(jù)率時的數(shù)據(jù)率。下表顯示了系統(tǒng)的強度位數(shù)和有效位。
表二使用清零位器件的數(shù)據(jù)率
器件的扇出＝11新數(shù)據(jù)率＝(最優(yōu)扇出/器件扇出)×最優(yōu)扇出數(shù)據(jù)率1空間光調(diào)制器2048×1152128數(shù)據(jù)腳由上可見，對于8個和9個有效位，用一個清零位能有效地減低一半數(shù)據(jù)率。使用第二個清零位又能使數(shù)據(jù)率減低一半。應(yīng)該指出，如果器件有16個扇出，則用1個清零位的8個有效位將與用8位強度制造的器件有相同的數(shù)據(jù)率。對于7個整位和1個清零位的最優(yōu)扇出是27－1＋1(或128)，除以8，即等于16。此外，如果器件有14個扇出，則用7個整位和2個清零位與用9位扇出制造的器件有相同的數(shù)據(jù)率。
采用降低了的存儲器要求和多重存儲器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)率關(guān)系的能力，能降低系統(tǒng)的費用且允許高速操作。此外，用多重存儲器結(jié)構(gòu)使平均數(shù)據(jù)率接近或等于峰值數(shù)據(jù)率，因而，不需要昂貴的高速處理器。但是，多重存儲器結(jié)構(gòu)的局限在于其扇出要聯(lián)系到一定強度位數(shù)。
如前所述，當存儲器需要加倍使用額外的存儲器單元，與前述的裝入方案相連系，它允許對于需要不同強度級的應(yīng)用使用帶有已設(shè)定扇出的器件。加倍對存儲器的要求不是個大問題，因為多重存儲器結(jié)構(gòu)使每個像素一個存儲單元的存儲器要求減少到原來的1/4。所以，即使增加存儲器要求，器件與在每個像素一個存儲單元的系統(tǒng)中那樣同樣良好。
這樣，雖然前述這些適用于多重存儲器結(jié)構(gòu)空間光調(diào)制器的特殊實施例，然而，除下述權(quán)利要求外，這種特殊的參考并不意味著對本發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種具有改善的數(shù)據(jù)裝入的空間光調(diào)制器，其特征在于，該調(diào)制器包括一個獨立可尋址的像素陣列，每個像素由一個接收輸入光的作用區(qū)域和驅(qū)動電路組成，由該驅(qū)動電路接收數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)引起所述作用區(qū)域改變所述輸入光；與所述像素電連接的存儲器單元，對每一個存儲器單元至少有二個單獨的像素與其連結(jié)；在所述存儲器單元和所述像素間的附加電路，使所述附加電路接收來自所述附加電路前的存儲器單元的數(shù)據(jù)并且允許所述存儲器單元接收新數(shù)據(jù)，其中所述附加電路能接收獨立控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于所述像素是數(shù)字式鏡器件。
3.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于所述像素是液晶單元。
4.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于所述像素是驅(qū)動鏡陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于所述驅(qū)動電路至少有一個電極。
6.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于所述驅(qū)動電路至少有一個電容。
7.如權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于所述附加電路是一個數(shù)據(jù)鎖存器。
8.一種改善空間光調(diào)制器數(shù)據(jù)裝入的方法，其特征在于，該方法包括送第一數(shù)據(jù)信號到一個存儲器單元陣列，其中每個所述存儲單元至少配有所述空間光調(diào)制器的二個單獨的獨立可尋址的像素；所述存儲器單元陣列接收所述第一數(shù)據(jù)信號；送一個傳送控制信號到所述存儲器單元陣列，使每個所述存儲器單元傳送所述第一個數(shù)據(jù)信號到第二存儲器單元；從所述第二個存儲器單元送所述第一數(shù)據(jù)信號到所述每個像素的驅(qū)動電路；送第二個控制信號使所述像素響應(yīng)所述第一數(shù)據(jù)信號；當在所述第一存儲器單元接收第二數(shù)據(jù)信號時，可選擇地送第三控制信號使被選擇的所述像素之一停止響應(yīng)所述第一數(shù)據(jù)信號。
全文摘要
本發(fā)明提示一種具有適合多重存儲器結(jié)構(gòu)的空間光調(diào)制器。該調(diào)制器包括一個獨立可控制的像素陣列，其中把預(yù)先確定個數(shù)的像素分配給存儲器單元。存儲器單元接收來自輸入總線的數(shù)據(jù)。傳送它的數(shù)據(jù)到第二存儲器和驅(qū)動電路。由第二個信號，像素響應(yīng)在驅(qū)動電路上的數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)的顯示時間小于存儲單元的裝入時間時，第二存儲器置位，使像素變黑，而另一個控制信號使像素響應(yīng)于存儲器。用這種方法，能使裝入時間變長且使數(shù)據(jù)率保持相對地低。
文檔編號G02B26/08GK1120678SQ9510804
公開日1996年4月17日 申請日期1995年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月23日
發(fā)明者保羅·M·厄貝納斯 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司