DE69122407T2

DE69122407T2 - Verfahren und einrichtung zum steuern von verformbaren spiegeln

Info

Publication number: DE69122407T2
Application number: DE69122407T
Authority: DE
Inventors: Peter William Blaxtan; John David Millward
Original assignee: Digital Projection Ltd
Current assignee: Digital Projection Ltd
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2011-11-19
Also published as: DK0557360T3; EP0707303B1; EP0707303A3; ATE143552T1; EP0557360B1; DE69131985T2; AU8906891A; ATE189757T1; EP0707303A2; EP0557360A1; DE69122407D1; WO1992009065A1; US5673060A; DE69131985D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine verformbare Spiegelvorrichtung und insbesondere Schaltungen und Verfahren zum Steuern solcher Vorrichtungen.
Die verformbare Spiegelvorrichtung ist eine besondere Art eines räumlichen Lichtmodulators, sie umfaßt eine mikromechanische Anordnung von elektronisch adressierbaren Spiegelelementen, wobei die Elemente Pixeln entsprechen. Jedes Pixel-Spiegelelement kann sich in Reaktion auf ein elektrisches Eingabesignal mechanisch bewegen. Die Bewegung ist in der Praxis meistens mehr eine Auslenkung als eine Verformung, die Bezeichnung verformbare Spiegelvorrichtung hat sich jedoch zur Beschreibung dieser Art von Vorrichtungen eingebürgert. Sie können digital angesteuert werden, wobei sie dann als digitale Spiegelvorrichtungen bezeichnet werden. Der Ausdruck DMD umfaßt alle diese Vorrichtungen.
Zur Beschreibung der gegenwärtigen DMD-Technologie wird auf HORNBECK, L.J., "Deformable-Mirror Spatial Light Modulators", Proc. SPIE Critical Reviews Series, Bd. 1150, 6.-11. August 1989, San Diego, Kalifornien, USA, Seiten 86-102 verwiesen. Diese Veröffentlichung enthält ihrerseits viele Verweise auf frühere Arbeiten, besondere Aufmerksamkeit wird insbesondere auf die in dieser Veröffentlichung genannten Druckschriften 3, 9, 14 und 23 gelenkt. In BOYSEL, R.M., "A 128 x 128 frame addressed deformable mirror spatial light modulator", Optical Engineering, Bd. 30 Nr. 9, September 1991, Seiten 1422-1427, sind weitere Einzelheiten über den Aufbau solcher Vorrichtungen enthalten. Die Aufmerksamkeit wird auch auf die in dieser Veröffentlichung genannte Druckschrift 1 gelenkt, die eine frühere Veröffentlichung von Boysel et al. ist. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, daß DMDs als Projektionsanzeigen verwendbar sein können, siehe z.B. HORNBECK, L.J. et al., "Deformable Mirror Projection Display", SID 80 Digest, Seiten 228-229 (Zusammenfassung der Präsentation, die am 20. Juli 1980 beim SID-Symposium vorgelegt wurde), und das US-Patent US-A-4 680 579.
Der Aufbau und die Herstellung von DMDs ist auch in den US- Patenten US-A-4 615 595 und US-A-4 566 935 sowie der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 391 529, alle von Texas Instruments Incorporated, beschrieben.
Die folgende Beschreibung setzt die Kenntnis der genannten Dokumente zum Stand der Technik voraus.
Eine DMD kann eine flächige Anordnung von auslenkbaren Spiegeln umfassen, die dazu verwendet werden, das Licht in einem optischen Projektor zu modulieren. Für jeden Bildpunkt bzw. jedes Pixel gibt es einen Spiegel, wobei jeder Spiegel etwa 20 Mikrometer im Quadrat groß ist. Die Anordnung wird als digital bezeichnet, da jeder Spiegel zwei Stellungen einnehmen kann, eine "Ein"- und eine "Aus"-Stellung. In der "Ein"- Stellung wird einfallendes Licht durch die Projektionslinse auf den Anzeigeschirm gelenkt, und in der "Aus"-Stellung wird das Licht von der Projektionslinse weg gelenkt, so daß kein Licht den Schirm erreicht.
Die "Ein"- und "Aus"-Stellungen der einzelnen Spiegel werden über zwei Ablenkelektroden gesteuert, die in Abhängigkeit davon, welche der Elektroden mit der erforderlichen Vorspannung aufgeladen wird, eine entsprechende elektrostatische Anziehungskraft auf den Spiegel ausüben. Zusätzlich wird an alle Spiegel eine gemeinsame Vorspannung angelegt, um sie in ihrer "Ein"- oder "Aus"-Stellung zu halten, nachdem sich das Potential auf den Ablenkelektroden verflüchtigt hat. Die Abfolge zum Anlegen einer neuen Stellungsinformation an jeden Spiegel ist daher die folgende: Unmittelbar vor der Änderung können die Potentiale auf den Ablenkelektroden gleich sein, besonders wenn seit der vorhergehensen Änderung einige Zeit verstrichen ist, die Spiegel bleiben dabei jedoch wegen der gemeinsamen Spiegelvorspannung in ihrer vorherigen Stellung. Dann werden innerhalb einer relativ kurzen Spanne von etwa 60 bis 80 Mikrosekunden neue Potentiale an alle Ablenkelektroden angelegt, wobei jedoch während dieser Zeit die Spiegel wegen der gemeinsamen Spiegelvorspannung noch in ihrer jeweiligen vorherigen Stellung bleiben. Nachdem die Ablenkelektroden wieder alle aufgeladen sind, wird die gemeinsame Spiegelvorspannung für etwa 10 Mikrosekunden weggenommen, die Spiegel werden nun entsprechend der an den Ablenkelektroden anliegenden Vorspannung angezogen und ändern daher ihre Stellung, wenn (und nur wenn) sich diese Vorspannung von der vorherigen Einstellung unterscheidet. Dann kehrt die gemeinsame Spiegelvorspannung wieder zurück, wodurch die Spiegel in ihrer neuen Stellung festgehalten werden, bis die gemeinsame Spiegelvorspannung das nächste Mal entfernt wird.
Die Stärke des Lichts von jedem Pixel wird durch Verändern des "Ein/Aus"-Tastverhältnisses gesteuert, das heißt durch den Anteil der Zeit in einer "Bild"-Periode, für den der Spiegel "Ein" ist. Wenn ein Bild mit 50 "Bildern" pro Sekunde darzustellen ist, ist jede "Bild"- Periode 20 Millisekunden lang, und die maximale Lichtmenge wird erhalten, wenn der Spiegel in der Bildperiode für 20 Millisekunden "Ein" ist. Um die Anzahl der Neueinstellungen der Spiegel während einer Bildperiode auf eine erfaßbare Zahl zu reduzieren, folgen die "Ein/Aus"-Zeiten einem Binärmuster, wobei eine Bildperiode in die Binärbrüche 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 usw. aufgeteilt wird. Die Verwendung einer solcher Binärreihe in einer Anzeigevorrichtung ist aus den britischen Patentanmeldungen GB-A-2 014 822 A und 2 164 776 A bekannt. Mit 10 Binärbrüchen (10 Bits) ist es im Prinzip möglich, 1023 Helligkeitspegel von Schwarz bis zur maximalen Helligkeit durch geeignete Auswahl und Addition der 10 Binärbrüche darzustellen, und in jeder Bildperiode gibt es 10 Gelegenheiten zur Eingabe neuer Informationen.
Die Eingabe-Bilddatenfolge ist so standardisiert, daß sie für die Rasterabtastung einer Kathodenstrahlrühre geeignet ist, wobei die 10 Bits für das erste Pixel in der linken oberen Ecke zuerst ankommen und so weiter. Die DMD-Spiegelanordnung erfordert andererseits, daß die niedrigwertigeren Bits des Bildes zu einer anderen Zeit zugeführt werden als die höherwertigen Bits, weshalb ein Speicher vorgesehen ist, um die Daten umzuordnen.
Die Datenausgaberate des Speichers ist konstant, andererseits sind die Daten jedoch der Anordnung in 10 verschiedenen Perioden zuzuführen, und in einem Fall muß ein Bit der Bilddaten in 19,5 Mikrosekunden oder dem Bruchteil 1/1024 einer Bildperiode zugeführt werden. Die Datenrate ist während dieser Zeit sehr viel größer als die, die den Speicher verläßt, was durch "First-In/First-Out"-(FIFO)-Speicher angepaßt wird. Die Daten werden mit einer konstanten Rate vom Speicher eingetaktet und stoßweise aus den FIFOs ausgetaktet, um die Anforderungen der Spiegelanordnung zu erfüllen. Die FIFOs müssen die Bilddaten für mehr als ein halbes Bild speichern können.
Bisher werden die DMDs daher mittels First-In/First-Out Speichern (FIFOs) angesteuert, die als Pufferspeicher dienen. Es wäre sehr wünschenswert, auf solche FIFOs verzichten zu können.
Um die FIFOs zu beseitigen, müssen die Bilddaten der DMD über die ganze Bildperiode mit einer im wesentlichen konstanten Rate zugeführt werden können, wobei sie jedoch gleichzeitig genau zum richtigen Zeitpunkt erneuert werden müssen, so daß jedes Pixel für den korrekten Anteil der Bildperiode illuminiert ist.
Eine weitergehende Beschreibung des Standes der Technik ist der EP-A-0 261 901 zu entnehmen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Datenmenge zu verringern, die zu jedem gegebenen Zeitpunkt der DMD zuzuführen ist.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Steuern einer verformbaren Spiegelvorrichtung mit einem zweidimensionalen Array von Spiegelelementen in Reaktion auf ein n-Bit-Digital-Videoeingabesignal geschaffen, das die Schritte des Zuordnens jedes Spiegelelements zu einer von m Gruppen und des Ladens ausgewählter Gruppen von Ein-Bit-Daten in einer Folge von im wesentlichen 2n Ladeoperationen aufweist, wobei jede Ladeoperation das Laden von n ausgewählten Gruppen mit Daten umfaßt, die nicht ausgewählten Gruppen mit ihren Spiegelelementen in ihrem vorherigen Zustand verbleiben und die Gruppen so in aufeinanderfolgenden Ladeoperationen geladen werden, daß die Zeit vom Laden einer bestimmten Gruppe mit einem Datenbit zum Laden derselben Gruppe mit dem nächsten Datenbit proportional zur Wertigkeit des einen Datenbits ist.
Erfindungsgemäß wird auch eine verformbare Spiegelvorrichtung geschaffen, die mit einer Steuerschaltung versehen ist, die in Übereinstimmung mit dem Verfahren betrieben werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die verschiedenen Gesichtspunkte der Erfindung werden beispielhaft unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer DMD mit dem optischen System für ein Projektionssystem;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Lichtmodulator- Spiegelelementes, das bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 das Blockschaltbild eines bekannten Systems zum Ansteuern des Arrays;
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das zeigt, wie das System der Fig. 3 erfindungsgemäß modifiziert wird;
Fig. 5 die Schaltung, die dem Speicher der Fig. 4 vorausgeht;
Fig. 6 die Darstellung eines DMD-Arrays und die Art des Zuführens der Daten dazu zu einem bestimmten Zeitpunkt;
Fig. 7 das Blockschaltbild einer Schaltung, die bei einer DMD verwendet werden, wobei die Spiegelvorspannung an einzelne Reihen angelegt werden kann;
Fig. 8 eine Darstellung ähnlich der der Fig. 6, die eine mögliche Art des Ladens eines vollständigen DMD-Arrays zeigt;
Fig. 9 eine Darstellung ähnlich der der Fig. 6, die eine alternative Art des Ladens eines vollständigen DMD-Arrays zeigt;
Fig. 10 eine Darstellung ähnlich der der Fig. 6, die eine dritte Art des Ladens eines vollständigen DMD-Arrays zeigt;
Fig. 11 eine Darstellung ähnlich der der Fig. 6, die das Ansteuern eines DMD-Arrays in einer modifizierten zeitlichen Abfolge zeigt;
Fig. 12 einen Teil eines DMD-Arrays, bei dem die gemeinsame Spiegelvorspannung längs diagonaler Reihen angelegt wird; und
Fig. 13 eine Darstellung ähnlich der der Fig. 6, die das Laden des DMD-Arrays der Fig. 12 zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In der Fig. 1 ist eine Projektionsanzeige 10 gezeigt, die einen Schirm 12 und eine starke Lichtquelle 14 aufweist. Das Licht von der Lichtquelle wird von einer optischen Kondenseranordnung 16 gebündelt und fällt auf eine DMD 18 ein. Jedes einzelne Spiegelelement 20 der DMD weist zwei stabile Stellungen auf, wie es in der Zeichnung angegeben ist. In der einen Stellung, die ausgezogen dargestellt ist, wird Licht längs des Weges 22 durch ein optisches Projektionslinsensystem 24 geleitet, von dem es auf den Schirm 12 gelangt. In der anderen stabilen Stellung des Spiegelelements 20, die gestrichelt dargestellt ist, wird das Licht vom Projektionslinsensystem und dem Schirm weg gelenkt, wie es bei 26 gezeigt ist. Es ist anzumerken, daß die Fig. 1 nicht maßstäblich ist, jeder Spiegel 20 mißt etwa 20 µm im Quadrat, und die Spiegel sind eng nebeneinander angeordnet.
Zu jedem Zeitpunkt befinden sich bei der Anzeige bestimmte Spiegelelemente 20 in ihrer EIN-Stellung (volle Linien) und die anderen Spiegelelemente in ihrer AUS-Stellung (gestrichelte Linien), so daß das auf der Anzeige zu sehende momentane Bild ein Hell-Dunkel-Bild ist.
In der Fig. 2 ist ein einzelnes Spiegelelement gezeigt. Das Element besteht aus einem Torsionsträger 20 in der Form einer Platte, die von einem Torsionsstab 34 gehalten wird, der seinerseits an seinen Enden festgehalten wird (nicht gezeigt). Ein Substrat 28 weist zwei Steueranschlüsse 38, 40 (Adressenelektroden) auf, die bezüglich der Achse des Torsionsträgers, die vom Torsionsstab 34 festgelegt wird, symmetrisch angeordnet sind. Die Steueranschlüsse 38, 40 sind mit Adressenleitungen (nicht gezeigt) verbunden, und dem einen oder dem anderen Anschluß wird eine Spannung zugeführt. Auf dem Substrat 28 sind auch zwei Auftreffelektroden 42, 44 vorgesehen, die unter den Rändern des Torsionsträger Spiegelelements 20 vorgesehen sind. Auf der Oberfläche des Torsionsträgers befindet sich eine reflektierende Beschichtung 36. Die Auftreffelektroden 42, 44 sind elektrisch mit dem Torsionsträger 20, der leitend ist, und mit einer Vorspannungs-Spannungsquelle VB verbunden.
Jeder Modulator weist eigene Steueranschlußleitungen VEIN und VAUS auf, die mit den Steueranschlüssen 38, 40 verbunden sind.
Im Betrieb erzeugt, allgemein gesprochen, das Anlegen einer Spannung an den einen Steueranschluß 40 ein elektrisches Feld zwischen dem Steueranschluß 40 und dem Torsionsträger 20; die dem Steueranschluß zugeführte Spannung ist eine solche, daß das Feld anziehend wirkt. Der Träger 20 wird sich daher in Abhängigkeit von der Größe des Feldes um einen Winkel α zum Steueranschluß 40 hin drehen, wodurch sich die Orientierung des Torsionsträgers ändert. Der Torsionsstab 34 widersetzt sich dieser Drehung. Wenn das Feld ausreichend stark ist, wird der Träger 20 so weit gezogen, daß er mit der Auftreffelektrode 44 in physischen Kontakt kommt; um unerwünschte Entladungen zu verhindern, sind die beiden miteinander verbunden. Die Stärke des anziehenden Feldes wird von der Vorspannung VB, die an den Träger 20 angelegt wird, und von der Spannung an der Steuerelektrode 40 kontrolliert. Es ist möglich, gleichzeitig eine Spannung an die andere Steuerelektrode 38 anzulegen, in der Praxis wird dies jedoch vermieden. Abhängig von der Stärke der Vorspannung kann der Torsionsträger 20 zwei oder drei stabile Stellungen besitzen.
Zu jedem Zeitpunkt während einer Anzeige befinden sich bestimmte Spiegelelemente 20 in ihrer EIN-Stellung und die anderen Spiegelelemente in ihrer AUS-Stellung, so daß das an der Anzeige zu sehende momentane Bild ein Hell-Dunkel-Bild ist. In der Praxis werden im Betrieb die Spiegel zwischen ihren EIN- und AUS-Stellungen hin- und hergeschaltet. Grautöne können durch Ändern des Tastverhältnisses oder des effektiven Zeitanteils, für den der Spiegel EIN ist, dargestellt werden. Das Tastverhältnis kann sich von Schwarz nach Weiß in Stufen von etwa 0,05% (etwa 2000 Stufen) ändern, um eine Anzeige hoher Qualität zu ergeben.
Zur weiteren Beschreibung wird auf die Dokumente verwiesen, die in der Einleitung dieser Anmeldung genannt sind.
In der Fig. 3 ist die Art gezeigt, mit der bisher die Daten zum Array übertragen wurden. Das Videobildeingangssignal wird zu einem Speicher 60 geführt, der die Daten umordnet, da es das DMD-Spiegelarray 66 erforderlich macht, daß alle Bits derselben Wertigkeit für die gesamte Abbildung gleichzeitig eingegeben werden, anders als beim erhaltenen Videosignal, bei dem alle Bits für ein Pixel zusammen erhalten werden. Der Speicherausgang wird zu einem FIFO-Speicher 62 geführt, der als Puffer dient, da die Daten dem Array 66 mit einer variablen Rate zugeführt werden. Die FIFOs müssen die Bilddaten für mehr als ein halbes Bild speichern können, Ein Demultiplexer 64 verringert die sonst erforderlichen 1024 Verbindungen zwischen dem FIFO-Speicher 64 und dem Spiegelarray 66, wie es oben beschrieben ist. Das Spiegelarray 66 wird über eine Leitungsauswahlschaltung 66 angesteuert, die in Abhängigkeit von einem Leitungsauswahlsignal von einer Steuerschaltung arbeitet.
Die FIFO-Speicher 64 stellen für das System eine wesentliche Belastung dar. Erfindungsgemäß ist es möglich, die FIFO-Speicher, falls gewunscht, dadurch wegzulassen, daß das DMD-Array auf eine Weise geladen wird, bei der keine FIFO-Speicher erforderlich sind. Die Schaltung der Fig. 3 kann dann durch die Schaltung der Fig. 4 ersetzt werden, in der der Speicher 60 direkt mit dem Demultiplexer 64 verbunden ist, der die Daten mit einer relativ langsameren und gleichmäßigeren Rate zum Spiegelarray 66 führt.
Die Fig. 5 zeigt den Weg des Signals vom Eingang des Projektors zum Speicher der Fig. 4.
Das Eingangssignal des Projektors besteht normalerweise aus drei separaten Analogsignalen für Rot, Grün und Blau, und jedes anders kodierte Videosignal wird in R, G und B umgewandelt. In den drei Kanälen erfolgt dann eine identische Bearbeitung, weshalb nur einer beschrieben zu werden braucht. Ein Analog-Digital-Konverter (A/D) 70 nimmt die eingehenden Signale mit einer Rate auf, die der Anzahl von Pixeln im Spiegelarray entspricht, und da dieses eingehende Signal Gamma-korrigiert ist, was ein universeller Standard für die Kompensation von CRT Übertragungseigenschaften ist, reichen 8 Bit Auflösung aus. Das Spiegelarray besitzt eine lineare Charakteristik, weshalb das eingehende 0,4- Gamma-Signal mittels einer Nachschlagetabelle 72 auf den Einheitswert Eins gebracht wird und das Ausgangssignal eine Auflösung von 10 Bit hat, eine Minimalanforderung für lineare Übertragungseigenschaften.
Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Beispiels beschrieben. Das Verfahren hängt von einer kontinuierlich ablaufenden Abfolge ab, die sich am besten mit dem einfachen Beispiel beschreiben läßt, das in der Fig. 6 gezeigt ist.
Bei diesem Beispiel wiesen die Bilddaten eine Grauwertauflösung von 8 Bit auf, und die Daten werden durch die Auswahl einer Reihe nach der anderen an die Pixel gegeben, wobei eine Reihe in diesem Beispiel 1024 Pixel hat und daher 1024 Bits der Bildinformation zusammen eingegeben werden können. Falls nötig, können die Reihen gegen die Spalten vertauscht werden, wobei dann Spalten ausgewählt wurden, beim vorliegenden Beispiel wird jedoch eine Auswahl der Reihen angenommen.
Das folgende Beispiel wird zuerst für ein 8-Bit-Eingangsbildsignal oder Videosignal erläutert. Das 8-Bit-Videosignal, das an die DMD angelegt wird, umfaßt die Bits D0 bis D7, wobei das Bit D0 das niedrigstwertige Bit mit dem Einheitswert Eins ist, das Bit D1 zwei Einheiten entspricht, D2 4 Einheiten und so weiter bis D7, das das höchstwertige Bit ist und 128 Einheiten entspricht. Beginnend zur absoluten Zeit Null wird die Reihe 1 ausgewählt, wenn die Reihen von oben nach unten mit 1 bis 255 durchnumeriert sind, und für die oberen 1024 Pixel werden die Daten D7 eingegeben. Dann wird die gemeinsame Spiegelvorspannung weggenommen, wodurch die Daten zu den Spiegeln übertragen werden. Dann wird die nächste Reihe, die Reihe 2, ausgewählt und die Daten D7 für die nächste Reihe von 1024 Pixeln eingegeben. wobei sich der gleiche Vorgang wiederholt. Da die gemeinsame Spiegelvorspannung an alle Spiegel angelegt wird, wird dabei auch die erste Reihe von Spiegeln zurückgesetzt, weshalb die ursprünglichen Daten festgehalten werden müssen, entweder durch die Verwendung eines großen Speicherkondensators oder einer Speicherzelle.
Alternativ werden, wenn es möglich ist, jede Reihe der Spiegel unabhängig vorzuspannen, mit der in der Fig. 7 gezeigten Logikschaltung nur jene Reihen der Spiegel zurückgesetzt, die ausgewählt sind. Wie in der Fig. 7 gezeigt, werden die Reihen des DMD-Arrays 66 durch eine Reihenauswahlschaltung 80 ausgewählt, die im wesentlichen den Schaltungen ähnlich ist, die bei integrierten Speicherschaltungen verwendet werden. Jeder Reihe ist ein Signalspeicher 82 zugeordnet, der speichert, ob die Reihe ausgewählt wurde oder nicht, und der, wenn ja, an ein Gatter 84 ein Eingangssignal anlegt. Das Gatter ist zwischen den Eingang 86 für die gemeinsame Spiegelvorspannung und den Vorspannungsanschluß für die jeweilige Reihe geschaltet. Wenn eine bestimmte Reihe oder bestimmte Reihen ausgewählt wurden, gibt der Signalspeicher 82 das Gatter 84 frei, wodurch sich die gemeinsame Spiegelvorspannung auf die ausgewählte Reihe auswirken kann. Der Signalspeicher ist erforderlich, da zu einem Zeitpunkt nur eine Reihe ausgewählt werden kann, und wie es im folgenden noch beschrieben wird, werden mehrere Reihe ausgewählt, bevor die gemeinsame Spiegelvorspannung aktiviert wird. Nach der Aktivierung der gemeinsamen Spiegelvorspannung werden die Signalspeicher 82 durch einen Impuls an einem Eingang 88 gelöscht.
Weiter in der Abfolge werden dann die Daten D7 nacheinander an jede Reihe angelegt und die Spiegel neu eingestellt. Nach 128 Reihen und nachdem die Daten D7 in die Reihe 129 eingegeben wurden, werden die Daten D6 in die Reihe 1 eingegeben, und nachdem diese beiden Reihen von Daten eingegeben wurden, werden die Spiegel neu eingestellt. Es werden nun zwei weitere wichtige Parameter, die "Bildperiode" und die "Reihenperiode" festgelegt. Bei 50 Bildern pro Sekunde ist die "Bildperiode" 20 Millisekunden lang. Im vorliegenden Beispiel gibt es 255 "Reihenperioden" in einer "Bildperiode". Die "Reihenperiode" ist daher durch die Bildrate festgelegt und nicht von der Zeit, die zum Auswählen einer Reihe und zum Eingeben von Daten in die Reihe erforderlich ist, und es können auch mehrere Reihen von Daten in einer "Reihenperiode" eingegeben werden.
Nachdem D7 in die Reihe 129 und D6 in die Reihe 1 eingegeben wurden, werden am Ende dieser bestimmten Reihenperiode die Spiegel neu eingestellt, was heißt, daß die Reihe 1 nach 128 "Reihenperioden" von D7- Daten mit D6 aktualisiert wird, oder daß mit anderen Worten das höchstwertige Bit für 128 von insgesamt 255 Zeiteinheiten in einer Bildperiode festgehalten wurde.
Die Abfolge geht nun mit der Eingabe der Daten D7 in die Reihe 130 und der Daten D6 in die Reihe 2 weiter, und so fort, bis D7 in die Reihe 193, D6 in die Reihe 65 und D5 schließlich in die Reihe 1 eingegeben wird, wobei zu diesem Zeitpunkt die Reihe 1 D6 für 64 Zeiteinheiten festgehalten hat. Diese Abfolge geht weiter, bis die Daten D7 in die Reihe 255 eingegeben werden und in der gleichen "Reihenperiode" D6 in die Reihe 127, D5 in die Reihe 63, D4 in die Reihe 31, D3 in die Reihe 15, D2 in die Reihe 7, D1 in die Reihe 3 und D0 in die Reihe 1. Dies ist der in der Fig. 6 gezeigte Zustand. Die maximale Dateneingaberate tritt auf, wenn in einer "Reihenperiode" 8 Datenreihen eingegeben werden, wobei hier die Reihenperiode etwa 78 Mikrosekunden lang ist. Eine Datenreihe wird daher in 10 Mikrosekunden eingegeben, und wenn die 1024 Pixelspalten auf 8 Spalten heruntergemultiplext werden, ist die Datenrate an jedem Eingang etwa gleich 13 MHz.
Weiter in der Abfolge bewegen sich die 8 ausgewählten Reihen nun um eine Reihe weiter, D7 zur Reihe 1, D0 zur Reihe 2, D1 zur Reihe 4 usw., und dieser Vorgang geht beliebig weiter, wobei jedoch der Abstand zwischen den ausgewählten Reihen konstant bei 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 und 1 Reihe bzw. Reihen bleibt. Es ist dieser Abstand, der die Zeitdauer bestimmt, die jede Pixelreihe jedes Datenbit speichert, was wiederum das Licht-Ausgangssignal steuert.
Es ist anzumerken, daß mit einem binären Eingangssignal von n Bit die Anzahl möglicher Gruppen normalerweise kleiner oder gleich 2n-1 und größer als 2n-1 ist.
Das DMD-Array wird daher nicht wie bisher betrieben, wobei in einer Reihenperiode der volle Block von Ein-Bit-Daten in das Array eingegeben wurde. Statt dessen ist die maximale Menge an Daten, die in einer Reihenperiode eingegeben wird, acht Zeilen aus Ein-Bit-Daten groß. In den verbleibenden Reihen ändert sich aufgrund der Fähigkeit der DMD, in dem Zustand zu bleiben, in dem sie während der vorhergehenden Reihenperiode gehalten wurde, nichts, entweder weil die Spiegelvorspannung nur von den neu zu ladenden Reihen weggenommen wird oder weil die Spiegelelemente für die kurze Zeit, in der die Spiegelvorspannung weggenommen wird, in ihren vorherigen Stellungen bleiben.
Das System arbeitet daher mit einer Eingabe in nur 8 Reihen in jeder Reihenperiode, wobei der Eingabevorgang sequentiell oder zyklisch das Array hinunterbewegt wird. Die Zeitgebung für das Eingeben, das heißt der Abstand der zyklischen Eingabevorgänge für das Array, ist derart, daß die Zeitspanne von der Eingabe eines ersten Datenbits für eine gegebene Reihe zur Eingabe des nächsten Datenbits in der gleichen Reihe proportional der Wertigkeit des ersten Datenbits ist.
In diesem einfachen Beispiel wurden 255 Reihen angenommen, was für Eingabedaten mit 8 Bit ideal ist. In der Praxis hat ein System mit 625 Zeilen in der Regel 576 Reihen und ein System mit 525 Zeilen in der Regel nur 484 Reihen.
Eine Art für den Betrieb mit 576 Reihen wird nun beschrieben.
Es wurde bereits gezeigt, daß das Licht-Ausgangssignal proportional dem Abstand der ausgewählten Reihen ist, wobei dieser Abstand konstant bleibt, wenn die Reihenauswahl durch die Reihen fortschreitet. Um diesen konstanten Abstand aufrecht zu erhalten, der für 8 Bit insgesamt 255 Reihen ergibt, muß die Gesamtzahl der Reihen in Blöcke mit 255 Reihen aufgeteilt werden. Es gibt mehrere Arten, auf die dies erfolgen kann. Drei Arten werden im folgenden beschrieben.
Die Fig. 8 zeigt das erste Verfahren, bei dem die ersten 510 Reihen 2 Blöcke mit 255 Reihen ergeben und die übrigen Reihen einen drit ten Block mit 255 Reihen, wobei einige imaginäre Reihen hinzuaddiert wurden. Es gibt daher drei separate Blöcke, und die Reihenauswahl zirkuliert und schreitet durch jeden Block getrennt fort, so daß der richtige Abstand erhalten bleibt. In der Fig. 8 ist die Reihenauswahlabfolge in dem Moment dargestellt, wenn D7 in jedem Block aus 255 Reihen die letzte Reihe erreicht, ähnlich wie in der Fig. 6, wobei daran zu erinnern ist, daß die imaginären Reihen nur zur Erläuterung der fortschreitenden zyklischen Folge der Reihenauswahl vorgesehen sind. Bei drei Blöcken mit 255 Reihen anstelle von einem ist die Eingabedatenrate dreimal so groß, sie beträgt bei 16 Eingängen etwa 20 MHz.
Die Fig. 9 zeigt die Aufteilung der 576 Reihen auf andere Art, wieder mit drei Blöcken von 255 Reihen, aber diesmal mit 192 realen Reihen in jedem Block und 63 imaginären Reihen in jedem Block, wobei die Auswahlabfolge gezeigt ist, wenn D7 wie oben die letzte Reihe erreicht.
Die Fig. 10 zeigt eine Anordnung mit einem Block aus 765 (3 x 255) Reihen, wieder mit einigen imaginären Reihen zur leichteren Erläuterung. In diesem Fall werden in der gleichen Reihenperiode für das gleiche Datenbit drei benachbarte Reihen ausgewählt, so daß die maximale Eingabedatenrate die gleich wie bei den obigen zwei Beispiel ist, bei denen in einer Reihenperiode 24 Reihen ausgewählt werden. Auch schreitet die Reihenauswahl auf einmal um drei Reihen weiter.
Die Fig. 11 zeigt die Anordnung, wenn 11 Datenbits für ein 10- Bit-Grauwertsystem verwendet werden. In diesem System umfaßt eine Bildperiode 1038 Zeiteinheiten, so daß in diesem Fall ein Block 1038 Reihen hat und die Folge der Abstände gleich 4, 5, 6, 7, 8, 16, 32, 64, 128, 256 und 512 Reihen ist, wie es in der internationalen Patentanmeldung PCT/GB 91/02 032 (Agentenzeichen: 31678) erläutert ist. 1038 Reihen ergeben eine "Reihenperiode" von 19 Mikrosekunden, und da in einer "Reihenperiode" 11 Reihen auszuwählen sind, ergibt sich eine maximale Eingabedatenrate von 19 MHz auf 32 Eingängen. Die hier beschriebene Abfolge ist ein Beispiel für ein modifiziertes Binärsignal, bei dem ausgewählte Binärwerte weggelassen und zwischen den Binärwerten zusätzliche Werte eingeschlossen werden.
Wie erwähnt werden nach jeder Reihenperiode alle Spiegel neu eingestellt, wenn nicht einzelne Reihen der Spiegel isoliert werden kön nen. Wenn die Neueinstellung der Spiegel auf ausgewählte Reihen beschränkt werden kann, ergibt sich ein doppelter Vorteil, da die Spiegelaufhängung nicht so stark beansprucht wird und kein Erfordernis nach einer Speicherzelle mit einer Kapazität für mehr als eine "Reihenperiode" erforderlich ist. Unglücklicherweise ist es wegen des geringen Abstandes der Spiegel schwierig, die Spiegel in horizontalen Reihen voneinander zu isolieren, insbesondere da sich die Aufhängungen vorzugsweise in den diagonalen Ecken befinden (siehe die in der Einleitung genannten Druckschriften). Es ist möglich, die Spiegel in separaten diagonalen Reihen zu verbinden, wie es in der Fig. 12 gezeigt ist, wobei die Verbindungen über die Aufhängungen 90 erfolgen. Bei einem Spiegelarray mit 1024 mal 576 Pixeln ergeben sich 1599 diagonale Reihen. Es gibt wieder verschiedene Anordnungen, wie oben erläutert, von denen in der Fig. 13 nur eine gezeigt ist. Ein Block umfaßt hier 2076 (d.h. 2 x 1038) diagonale Reihen, wobei die Zeilen für das gleiche Datenbit paarweise ausgewählt sind, basierend auf Eingabedaten mit 11 Bit wie in der Fig. 11. Die "Reihenperiode" ist wieder 19 Mikrosekunden lang, wobei 22 Reihen ausgewählt werden und die maximale Eingabedatenrate bei 64 Eingängen 18 MHz ist, was praktisch ein guter Wert ist.
Weitere Merkmale, die in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden können, sind in den internationalen Patentanmeldungen PCT/GB 91/02 032, PCT/GB 91/02 034 und PCT/GB 91/02 035 beschrieben.

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer verformbaren Spiegelvorrichtung mit einer zweidimensionalen Anordnung von Spiegelelementen in Reaktion auf ein n-Bit-Digital-Videoeingabesignal, mit den Schritten des Zuordnens jedes Spiegelelements zu einer von m Gruppen und des Ladens ausgewählter Gruppen mit Ein-Bit-Daten in einer Folge von im wesentlichen 2n Ladeoperationen, wobei jede Ladeoperation das Laden von n ausgewählten Gruppen mit Daten umfaßt, die nicht ausgewählten Gruppen mit ihren Spiegelelementen in ihrem vorherigen Zustand verbleiben und die Gruppen so in aufeinanderfolgenden Ladeoperationen geladen werden, daß die Zeit vom Laden einer bestimmten Gruppe mit einem Datenbit zum Laden derselben Gruppe mit dem nächsten Datenbit proportional zur Wertigkeit des einen Datenbits ist.

2. Verfahren gemaß Anspruch 1, bei dem jede Gruppe eine oder mehrere Zeilen von Spiegelelementen aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Zeilen Reihen quer über die Anordnung sind.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Zeilen Diagonalzeilen sind.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das n-Bit-Signal ein Binärsignal ist und 2n-1 < m ≤ 2n-1.

6. Verfahren gemaß Anspruch 1, bei dem das n-Bit-Signal ein modifiziertes Binärsignal ist, bei dem ausgewählte binäre Werte weggelassen und zusätzliche Werte zwischen den binären Werten enthalten sind.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Anordnung in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist, wobei die Abschnitte gleichzeitig geladen werden.

8. Verformbare Spiegelvorrichtung mit einer zweidimensionalen Anordnung von Spiegelelementen zum Abbilden von n-Bit-Videodaten und mit einer Steuerschaltung, die eine Einrichtung zum Laden von ausgewählten Gruppen von Spiegelelementen mit Ein-Bit-Daten in einer Folge von im wesentlichen 2n Ladeoperationen aufweist, wobei jede Ladeoperation das Laden von n ausgewählten Gruppen mit Daten umfaßt, und bei der die Spiegelelemente mit einer Einrichtung, so daß die nicht ausgewählten Gruppen mit ihren Spiegelelementen in ihrem vorherigen Zustand verbleiben, und einer Einrichtung zum zeitlichen Einstellen des Ladens der Gruppen in aufeinanderfolgenden Ladeoperationen derart, daß die Zeit vom Laden einer bestimmten Gruppe mit einem Datenbit zum Laden derselben Gruppe mit dem nächsten Datenbit proportional zur Wertigkeit des einen Datenbits ist, versehen sind.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der jede Gruppe eine oder mehrere Zeilen von Spiegelelementen aufweist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Zeilen Reihen quer über die Anzeige sind.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Zeilen Diagonalzeilen sind.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Anordnung in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist, wobei die Abschnitte gleichzeitig geladen werden.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Spiegelelemente in ihrer Stellung durch eine Spiegelvorspannung gehalten werden, die vorübergehend während der Ladeoperation weggenommen wird, und bei der eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Spiegelvorspannung nur von den ausgewählten Gruppen wegzunehmen und um sie während der Ladeoperation bei den nicht ausgewählten Gruppen aufrechtzuerhalten.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Vorrichtung einen Teil eines Projektionsanzeigesystems bildet.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem jede Gruppe von Spiegelelementen durch Adressensignale getrennt ansteuerbar ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem jede Gruppe von Spiegelelementen der Vorrichtung eine zugehörige Signalhalteeinrichtung aufweist und die Signalhalteeinrichtungen so angesteuert werden, daß ein Laden der Daten in der Gruppe von Spiegelelementen möglich ist.

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem die gemeinsame Spiegelvorspannung an jede Signalhalteeinrichtung über eine Zugangseinrichtung angelegt wird, wobei das Zugangselement aktiviert wird, um die Spiegelvorspannung an die Reihe anzulegen, wenn die Reihe ausgewählt ist.

18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, die eine Einrichtung zum Ermöglichen des Anlegens eines gemeinsamen Adreßsignals an die ausgewählten Gruppen von Spiegelelementen aufweist.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, die eine Vielzahl von zu jeder der Gruppen von Spiegelelementen gehörenden Signalhalteeinrichtungen aufweist, wobei es die Signalhalteeinrichtungen ermöglichen, die ausgewählten Gruppen von Spiegelelernenten mit Daten zu laden.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19, die weiter eine mit der Signalhalteeinrichtung verbundene Zugangseinrichtung aufweist und eine Einrichtung, die es der Zugangseinrichtung ermöglicht, die ausgewählten Gruppen von Spiegelelementen mit Daten zu laden.