專利名稱：可形變反射鏡器件的模擬掃描變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及模擬掃描變換器，尤其涉及應(yīng)用可形變的反射鏡器件(DMD)構(gòu)成的模擬掃描變換器。
本發(fā)明的背景是結(jié)合應(yīng)用一個(gè)IR(紅外線)傳感器的系統(tǒng)進(jìn)行描述，其范圍沒有限止。傳統(tǒng)的依靠線性IR傳感器的系統(tǒng)正在由應(yīng)用多線傳感器的系統(tǒng)所取代。這些多線傳感器提高了分辨率及相關(guān)的信/噪比，并且也減少了模糊問題。由于制造復(fù)雜，這些傳感器通常只包含掃描垂直場景尺寸所需的像素?cái)?shù)。這些場景數(shù)據(jù)從垂直傳感器移出自然是以垂直光柵掃描的形式進(jìn)行的。然而，人們眼睛習(xí)慣于觀看水平光柵掃描的圖像。因此，為了在人們觀看的可見區(qū)域內(nèi)重建IR圖像，這些傳感器通常需用一個(gè)掃描變換器。完成這種任務(wù)的一種典型的高動態(tài)范圍的數(shù)字式掃描變換器價(jià)格貴，體積大和功耗大。
DMD有幾個(gè)誘人的特點(diǎn)，反射鏡元件在寬的光帶寬上有高反射能力。于是，它們能夠從Uv(紫外線)到IR進(jìn)行光調(diào)制。典型的像素響應(yīng)時(shí)間為，10-20μs且該像素可按模擬或數(shù)字狀態(tài)進(jìn)行操作。通過對反射鏡結(jié)構(gòu)作簡單的改變這種DMD就能兼用作為幅值控制調(diào)制器，又能用作為相位控制調(diào)制品。DMD適用于單片制造的低電壓、高密度尋址電路。由于DMD功耗低，就能有高幀速(典型的為5KHz以上)，而不會產(chǎn)生有害的熱效應(yīng)。
現(xiàn)有眾多的DMD像素結(jié)構(gòu)，每種設(shè)計(jì)均為特定應(yīng)用。它們可由形變模式，如撓曲或懸臂;像素形狀和鉸接支撐結(jié)構(gòu)來加以區(qū)這是一種掃描變換系統(tǒng)。它能包含接收來自輸入裝置的至少一個(gè)串行輸入數(shù)據(jù)流的移位寄存器;與該移位寄存器相連的串行-并行變換器;和與串行-并行變換器相連的DMDs，這樣，當(dāng)光源從DMD反射時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)與輸入裝置所接收到的圖像幾乎相同的亮度圖形。DMDs最好成像在一固態(tài)檢測器上，該檢測器是一個(gè)CCD，且該檢測器對來自DMDs的圖像進(jìn)行處理，在這里圖像以不同于輸入至檢測器的圖像順序而輸出。另一方面，DMDs可成像在掃描鏡的背面，來自該鏡背面的圖像可由光學(xué)投影產(chǎn)生一個(gè)與輸入裝置所接收到的圖像幾乎相同的圖像。DMDs最好是扭轉(zhuǎn)光束板DMDs。例舉的輸入裝置是一個(gè)IR傳感器或計(jì)算機(jī)。移位寄存器、串行-并行變換器和DMDs最好安置在單片集成電路上。
本掃描系統(tǒng)也可以是包含至少為一個(gè)的接收來自輸入裝置的至少一個(gè)串行輸入數(shù)據(jù)流的移位寄存器;至少一個(gè)連接于移位寄存器的串行-并行變換器;至少一個(gè)比較器，該比較器的一個(gè)輸入端連于串行-并行變換器的輸出端，而另一輸入端連接一個(gè)鋸齒形掃描電壓;和至少一個(gè)連于比較器的DMD，這樣當(dāng)光源從DMD反射時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)與輸入裝置所接收的圖像幾乎相同的亮度圖形。比較器最好是一個(gè)鋸齒波比較器，且移位寄存器、串行-并行變換器、比較器和DMDs安置在單片集成電路上。
本發(fā)明也是一種形成掃描變換器系統(tǒng)的方法，它通常包含接收來自輸入裝置的至少一個(gè)串行輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流;把該串行數(shù)據(jù)流變換為并行數(shù)據(jù)流;和把該并行數(shù)據(jù)傳遞給DMDs，由此當(dāng)一個(gè)光源從DMD反射時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)與輸入裝置所接收到的圖像幾乎相同的亮度圖形。
附圖

圖1是傳統(tǒng)的IR成像系統(tǒng);
圖2是一個(gè)改進(jìn)了的IR成像系統(tǒng)的電子部分;
圖3是扭轉(zhuǎn)光束板DMD視圖;
圖4是各種扭轉(zhuǎn)光束板DMD鉸接選擇的頂示圖;
圖5是本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例;
圖6是本發(fā)明用脈寬調(diào)制的第三較佳實(shí)施例;
圖7是圖6中部分系統(tǒng)方框圖;
在不同附圖中的相應(yīng)數(shù)字和符號是指對應(yīng)的部分，除非另有說明。
在傳統(tǒng)的IR系統(tǒng)中(見圖1)，輸入圖像10用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)24聚焦至線形離散像素結(jié)構(gòu)的IR檢測器12的平面上。很顯然，在一給定時(shí)刻只能檢測圖像10的一條線。因此，成像系統(tǒng)的一個(gè)元件是一個(gè)繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的反射鏡14，結(jié)果是反射鏡14的固定旋轉(zhuǎn)能使任何需要的圖像10的線聚焦在檢測器12上。
來自檢測器12中的每個(gè)離散的傳感器元件的信號連接到線列16的離散的光發(fā)射元件(典型的為LED)。該線列16的可見光發(fā)射被反射至離開掃描鏡14的后表面18，且當(dāng)反射鏡14掃描那個(gè)場景10通過IR檢測器12時(shí)，觀察者20通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)22觀看該后反射鏡表面18，將會看到輸入IR場景10的再現(xiàn)。每個(gè)單獨(dú)的連接通路通常包括具有補(bǔ)償和線性調(diào)節(jié)的放大器用以補(bǔ)償像素到像素的靈敏度和檢測器及發(fā)射器兩者的發(fā)射率變化。
改進(jìn)的IR傳感器通常由多行像素元件組成而不是單行組成。每個(gè)檢測器上附加許多像素元件會產(chǎn)生大量的輸出連接。這種互連常常是產(chǎn)量損失的根源和在現(xiàn)場使用時(shí)失效的原因。因此，這些改進(jìn)的傳感器往往放棄平行像素輸出，而另用串行移位寄存器輸出每行像素。連接這些串行輸出到LEDs(發(fā)光二極管)陣列，需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如包括串行-并行變換器的單片LED基片或在具有單個(gè)串行-并行變換器芯片的上層基片上配置多個(gè)單線LED陣列的復(fù)雜的混合基片。這種類型的LED陣列的成本效果超出了當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)，所以需要一種不同類型的顯示器。典型的解決方式如圖2所示，它在一個(gè)數(shù)字視頻存貯器70中將多線IR傳感器74的多個(gè)并行或串行輸出72加以數(shù)字化，并存貯起來。然后視頻存貯器70以串行方式讀出以驅(qū)動CRT顯示器76或以并行方式讀出以驅(qū)動線性LED元件78的混合陣列。
扭轉(zhuǎn)光束板DMD可用于下面要描述的實(shí)施例。扭轉(zhuǎn)光束板DMD像素如圖3和圖4所示通常由懸在氣隙/間隔器52上的原反射光束板50組成且通過兩個(gè)處于拉緊狀態(tài)的薄扭轉(zhuǎn)鉸鏈56連接到剛性支撐件或支撐層54上。當(dāng)位于該光束板50下的尋址電極58被激勵時(shí)，扭轉(zhuǎn)鉸鏈56被扭轉(zhuǎn)且光束板50繞兩鉸鏈56的軸旋轉(zhuǎn)直到停止在下面的“著陸”電板60上。這種結(jié)構(gòu)一般制作在如硅片62上。圖4顯示了幾種可用于扭轉(zhuǎn)光束板DMD中的鉸鏈選擇。
對于改進(jìn)的IR系統(tǒng)顯示問題的解決辦法出現(xiàn)在圖5中所示第一較佳實(shí)施例中。DMD芯片28的制造方法是，該芯片的結(jié)構(gòu)基本上與IR傳感器裝置30的結(jié)構(gòu)相反。眾多的模擬串行移位寄存器32可制作在芯片28上，或需要的話可放到DMD芯片的外面。它們的數(shù)量和長度與IR傳感器裝置30上的輸出移位寄存器的數(shù)量和長度相匹配。這些移位寄存器32的每一個(gè)最好通過串行-并行變換器34饋出與饋入IR裝置30上的相應(yīng)的移位寄存器的相同數(shù)量的DMD像素36。各個(gè)DMD像素36可以(除了也許為了滿刻度因子外)如輸入IR裝置30像素排列那樣進(jìn)行排列。于是，從DMD反射的可見光源(或其它波長)將產(chǎn)生一個(gè)幾乎與以IR光譜入射到傳感器30上的圖像相同的亮度圖形。
在第二個(gè)較佳實(shí)施例中，再現(xiàn)的圖像如圖1所示可以被投影并以反射方式從掃描鏡(反射鏡)14的后面來觀察。傳統(tǒng)的IR系統(tǒng)的運(yùn)行不用昂貴的數(shù)字式掃描變換器或復(fù)雜的LED組件就可重復(fù)進(jìn)行。
在這樣的反射圖像中，亮度(光強(qiáng)度)能以幾種方式進(jìn)行編碼。一種方法是模擬調(diào)制。如果DMD的模擬移位寄存器/串行-并行變換器32、34的輸出直接連到像素36下面的尋址電極，那末每個(gè)像素36的偏轉(zhuǎn)將正比于模擬信號，因此也正比于輸入IR光強(qiáng)度。這種DMD傾斜度通常通過暗視場光學(xué)用來獲得模擬量光調(diào)制。
在暗視場系統(tǒng)中，DMD可對準(zhǔn)以便使來自滿偏轉(zhuǎn)的DMD像素的反射光完全落入顯示光學(xué)系統(tǒng)的孔徑內(nèi)。該光學(xué)系統(tǒng)可設(shè)計(jì)一個(gè)限定的孔徑，以便使來自未偏轉(zhuǎn)的。像素的反射光完全落入該孔徑的外部。很顯然，中間位置反射一個(gè)中間量的光進(jìn)入光孔徑，因此在投影圖像的平面中產(chǎn)生一個(gè)中間亮度級的光。
光強(qiáng)度編碼的另一方法是脈寬調(diào)制。根據(jù)模擬調(diào)制的圖像再現(xiàn)的精度取決于許多因素，包括DMD像素傾斜角的線性度和均勻度和投影光學(xué)系統(tǒng)的正確的變跡度。利用上述的暗視場光學(xué)，又使用脈寬調(diào)制可排除上述問題。
在第三個(gè)較佳實(shí)施例中，如圖6所示，不是由移位寄存器/串行-并行變換器32、34的輸出直接驅(qū)動DMD像素36，而是在每個(gè)移位寄存器/串行-并行變換器32、34的輸出和對應(yīng)的DMD36尋址電極之間設(shè)置一個(gè)鋸齒波(斜度)比較器放大器38(或任何提供同樣功能的比較器型電路)。
如圖7所示，在每次串行-并行變換結(jié)束時(shí)發(fā)生三件事移位寄存器/串行-并行變換器32、34的模擬輸出送到每個(gè)DMD像素位置上的比較器的一個(gè)輸入40上，每個(gè)像素36位置上的像素驅(qū)動放大器42可被接通，以便把每個(gè)像素36驅(qū)動到它的滿傾斜位置上，和所有其它比較器輸入端44上的共用電壓開始從最低可檢測的移位寄存器信號電平傾斜到最高可檢測的移位寄存器信號電平。
這種傾斜的速度是這樣的，即在行(掃描)時(shí)間結(jié)束時(shí)達(dá)到它的最大電壓。比較器38的輸出連到像素驅(qū)動放大器42的輸入以便當(dāng)每個(gè)比較器38觸發(fā)開始時(shí)，相關(guān)聯(lián)的DMD像素驅(qū)動放大器42的輸出下降為零且相關(guān)聯(lián)的DMD像素36回到它的不傾斜狀態(tài)。于是，一個(gè)給定像素在單個(gè)線時(shí)間期間內(nèi)呈傾斜狀所化費(fèi)的時(shí)間量(因此在行(掃描)期間它提供光量給所顯示的圖像)正比于由移位寄存器/串行-并行變換器32、34傳送給那個(gè)像素36的電壓。
這些調(diào)制方案的任一個(gè)能用來模仿在那些例子中的數(shù)字式掃描變換器的工作，但需要一個(gè)分開的顯示器(即它不依賴于由輸入掃描鏡的后部所提供的掃描)。作為這種掃描變換器功能的例子，DMD可成像到面陣列CCD(或其它固態(tài))檢測器的最上面一行。在每個(gè)線時(shí)間結(jié)束時(shí)，在CCD中產(chǎn)生的電荷可以收縮方式移入下一行。這順序在整個(gè)視頻幀時(shí)間中進(jìn)行直到整個(gè)輸入圖像貯存在CCD中。此時(shí)，CCD能被直接讀出到CRT的視頻部分或其它顯示系統(tǒng)。DMD可以由許多不同的方式成像到CCD。對多個(gè)DMDs和CCDs可進(jìn)行組合，且它們的輸出由電控制，來完成復(fù)雜的光學(xué)處理任務(wù)。
反之，線性DMD調(diào)制器能用來從如CCD中的數(shù)字幀存貯器所貯存的圖像中產(chǎn)生顯示。串行模擬數(shù)據(jù)流，它可通過數(shù)字-模擬變換器從CCD或從幀存貯器直接獲得，該數(shù)據(jù)流輸入先前描述的從IR檢測器輸入的模擬移位寄存器。然而，掃描鏡可以與一般的IR系統(tǒng)掃描鏡驅(qū)動的相同方式驅(qū)動，從DMD逐項(xiàng)地投影的圖像可從反射鏡表面的反射所看到。
在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)容易得到或數(shù)字操作較佳情況下，則DMD很容易以數(shù)字狀態(tài)加以應(yīng)用。這種數(shù)字狀態(tài)需要制作一種獨(dú)特的在結(jié)構(gòu)上與上述那些相同的DMD。對于分辨率N位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，則需要制作具有N個(gè)輸入移位寄存器的線性DMD。每個(gè)移位寄存器代表一個(gè)不同的數(shù)字分辨率的位，從最高有效位到最低有效位。每個(gè)移位寄存器將直接對它自己一行的DMD線素進(jìn)行尋址，每行線素在每行(掃描)時(shí)間開始時(shí)被激活。通過行(掃描)時(shí)間，最高有效位行將被轉(zhuǎn)移掉一半，而次高有效位轉(zhuǎn)移掉四分之一，第三最高有效位轉(zhuǎn)移掉八分之一，依此類推。在這種方式中，圖像的每行中的每個(gè)像素由N個(gè)像素對其照射，且每個(gè)像素將提供一個(gè)時(shí)間正比于它的二進(jìn)制和的權(quán)的照射。于是提供總數(shù)N位的二進(jìn)制的光幅值。
通過與時(shí)間加權(quán)(temperalweighting)相對的空間加權(quán)(spatialweighting)能提供一個(gè)更簡單實(shí)現(xiàn)這種二進(jìn)制照度加權(quán)。如上所述，一個(gè)N位二進(jìn)制數(shù)據(jù)流驅(qū)動N個(gè)輸入移位寄存器。然而，在這種方案中，沿著移位寄存器的每個(gè)像素進(jìn)行空間加權(quán)。例如，在一個(gè)7位分辨率的系統(tǒng)中，最高有效位移位寄存器將驅(qū)動每個(gè)DMD單元中的64個(gè)像素。次高有效位驅(qū)動32個(gè)像素。再下面是驅(qū)動16個(gè)，依次類推。這種方法不需要次行(掃描)時(shí)間的時(shí)間分辨率，這時(shí)因?yàn)橐粋€(gè)給定的百分?jǐn)?shù)的照度加權(quán)是由一個(gè)反射面積所利用的百分?jǐn)?shù)，而不是由一個(gè)可用時(shí)間所利用的百分?jǐn)?shù)來提供的。這兩種二進(jìn)制照度加權(quán)(時(shí)間的和空間的)的方法可以組合。由于這種組合方法增加了動態(tài)范圍，故而產(chǎn)生更高分辨率的像素。
DMD可用在許多不同的實(shí)施例中來提供顯示器件DMD能與適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)構(gòu)成裝置以便提供具有體積小、重量輕、成本低和功耗低的掃描變換器功能。合成的DMD系統(tǒng)能不管光源如何，而顯示出任何所存貯的數(shù)字圖像或模擬數(shù)據(jù)流以便觀看。
上面已經(jīng)詳述幾個(gè)較佳實(shí)施例，本發(fā)明的范圍也包含在權(quán)利要求書范圍內(nèi)的不同于上述那些的各種實(shí)施例。例如。輸入裝置雖然被描述為IR傳感器，然而，輸入也能夠來自如電視信號或是計(jì)算機(jī)等各種不同的信號源。與本系統(tǒng)使用相關(guān)的暗視場光學(xué)也進(jìn)行了討論，然而，紋影光學(xué)或其它適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)也可使用。同樣，DMD可用于直接顯示和圖像或?qū)D象加于可能用于顯示器前的另一個(gè)檢測器。在考慮本發(fā)明范圍時(shí)“包含”一詞應(yīng)解釋為不嚴(yán)密的。
在本發(fā)明已參照闡述的實(shí)施例作說明時(shí)，這種說明不能理解為限定意義。對于所闡述的實(shí)施例各種修改和組合及本發(fā)明的其它實(shí)施例對于本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員只要參照本說明書是顯而易見的。因此所附權(quán)利要求書包含任何這類修改或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
1.一種掃描變換器系統(tǒng)，其特征在于，它包含a.接收來自輸入裝置的至少一個(gè)串行輸入數(shù)據(jù)流的移位寄存器；b.與所述移位寄存器相連的串行-并行變換器；和c.與所述串行-并行變換器相連的DMDs，由此，當(dāng)一個(gè)光源從所述DMD反射時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)與在所述輸入裝置所接收到的圖像幾乎相同的亮度圖形。
2.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器對來自所述DMDs的圖像進(jìn)行控制，由此所述的圖像以不同于輸入到所述檢測器的圖像順序而從檢測器輸出。
3.一種掃描變換器系統(tǒng)，其特征在于它包含a.接收來自輸入裝置的串行輸入數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)流的至少一個(gè)移位寄存器;b.與所述移位寄存器相連的至少一個(gè)串行-并行變換器;c.至少一個(gè)比較器，其一個(gè)輸入端與所述串行-并行變換器的輸出端相連，其另一輸入端連接鋸齒形掃描電壓;和d.至少一個(gè)DMD連接所述比較器，由此當(dāng)一個(gè)光源從所述DMD反射時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)與在所述輸入裝置接收到的圖像幾乎相同的亮度圖形。
4.如權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其特征在于所述比較器是一個(gè)鋸齒波比較器。
5.如權(quán)利要求1或3所述系統(tǒng)，其特征在于所述DMD成像到一個(gè)固態(tài)檢測器上。
6.如權(quán)利要求5所述系統(tǒng)，其特征在于所述檢測器是個(gè)CCD。
7.如權(quán)利要求5所述系統(tǒng)，其特征在于所述檢測器對來自所述DMD的圖像進(jìn)行控制，由此所述圖像以不同于輸入到所述檢測器的圖像的順序而從所述檢測器輸出。
8.如權(quán)利要求1或3所述系統(tǒng)，其特征在于所述DMD是一個(gè)扭轉(zhuǎn)光束板的DMD。
9.如權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其特征在于所述DMD成像到一個(gè)掃描鏡的背面。
10.如權(quán)利要求9所述系統(tǒng)，其特征在于來自所述掃描鏡背面的圖像通過光學(xué)投影產(chǎn)生一個(gè)與在所述輸入裝置接收到的圖像幾乎相同的圖像。
11.如權(quán)利要求1或3所述系統(tǒng)，其特征在于所述輸入裝置是一個(gè)IR傳感器。
12.如權(quán)利要求1或3所述系統(tǒng)，其特征在于所述輸入裝置是一個(gè)計(jì)算機(jī)。
13.如權(quán)利要求1或3所述系統(tǒng)，其特征在于所述移位寄存器、所述串行-并行變換器、所述比較器、和所述DMD安置在單片集成電路上。
14.一種產(chǎn)生掃描變換器系統(tǒng)的方法，其特征在于它包含a.至少接收一個(gè)來自輸入裝置的輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流;b.把所述的串行數(shù)據(jù)流變換為并行數(shù)據(jù);和c.把所述并行數(shù)據(jù)送至DMDs，由此當(dāng)光源從所述DMD反射時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)與在所述輸入裝置接收到的圖像幾乎相同的圖像。
全文摘要
一種掃描變換器系統(tǒng)，它可包含接收來自輸入裝置30的至少一個(gè)串行輸入數(shù)據(jù)流的移位寄存器32；與移位寄存器32相連的串行一并行變換器34；和與串行一并行變換器34相連的DMD
文檔編號H04N5/335GK1069334SQ9210516
公開日1993年2月24日 申請日期1992年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月27日
發(fā)明者杰弗里B·桑普塞爾 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司