CN1879142A - 用于光调制器的高速脉宽调制 - Google Patents

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Abstract

一种用于驱动线性阵列空间光调制器的高速脉宽调制***，包括：提供至少一个或多个像素串行输入数据流的像素串行数据源；基本***时钟信号；基本***时钟信号的相移形式；和用于将至少一个或多个像素串行输入数据流转换成一个或多个像素并行数据流的串并行转换器。该调制***还包括解码器，用于将单个输入像素的数据解码成至少两个或多个相关的脉宽调制(PWM)信号，每个相关的脉宽调制(PWM)信号相互间隔基本***时钟信号的相移形式的相移；以及与门电路，用于将至少两个或多个PWM信号组合成能够在线性阵列空间光调制器上驱动多个输入之一的单个PWM信号。

Description

用于光调制器的高速脉宽调制
发明领域
本发明一般涉及一种包含一个或多个线性阵列空间光调制器的显示***，其可以从电信号产生可见图像。更加具体地，本发明涉及一种高速脉宽调制的方法，其用于驱动显示***中的一个或多个线性阵列空间光调制器。
发明背景
显示***的大多数要求方面中的一个是需要实时地进行操作。显示***必须响应输入数据流，在该数据流上其具有很少或者没有控制，还必须能够以一定的帧频显示信息，该帧频至少与所述输入一样快，如果该帧频不比所述输入快的话。对于发展的HDTV显示器，其能够达到每秒60帧的1920×1080的像素数据。能够从这种输入显示高分辨率的图像帧的显示***必须能够每16.667毫秒驱动2,073,600个像素。如果显示***使用全帧空间光调制器(SLM)，如德克萨斯州仪器公司的数字微反射镜器件TM(DMD)，图像中的每个像素都能够使用全部的16.667毫秒来再现其强度级。对于数字SLM，再现不同强度级的通常方法是使用脉宽调制(PWM)。使用PWM的***可以将固定的时间间隔例如帧刷新速度分割成更小的数据块，在该时间间隔中可以打开和关闭器件。眼睛可以累计这些开和关时间形成通常称为灰度级的中间强度级。研究已表明(例如参见“Grayscale Transformationsof Cineon Digital Film Data for Display，conversion，and FilmRecording”，1993年4月12日，第1.1卷，cinesite Digital Film Center，好莱坞，加拿大)对于实际影院水平的数字显示***，需要14位的线性数据以在一幅图像中再现合适的灰度级。在每秒60帧的刷新速度下，使用全帧或面阵SLM的显示***需要大约1MHz的PWM时钟频率，这是一个可以实现的目标。
但是，更加需要使用线性阵列SLM的显示***，如MarekW.Kowarz的美国专利No.6,307,663中描述的保角光栅器件，该专利公开日为2001年10月23日，标题为“具有保角光栅器件的空间光调制器”。对于使用线性阵列SLM的发展的HDTV显示***，每个像素最多具有源数据帧频的1/1920，在该时间中其必须再现所需的强度级。实际上，更加需要使用线性阵列SLM的显示***，因为它们必须满足对扫描***的所需开销，以在显示下一个数据帧之前恢复。例如，具有20％的恢复时间的扫描线性阵列SLM数字显示***需要大约2.4GHz的PWM处理时钟，以便再现所需的14位的线性灰度级数据。尽管少量非常专业的集成电路能够在这种频率下操作，但是大部分可实现的电路都不能在这样高的时钟频率下操作。因此需要一种用于被扫描的线性阵列SLM显示***的高速PWM结构，其能够使用目前可以获得的技术在超过1GHz的频率下操作。
发明概述
根据本发明可以满足上述需要，即通过采用高速脉宽调制***，来驱动线性阵列空间光调制器，该调制***包括：提供至少一个或多个像素串行输入数据流的像素串行数据源；用于提供基本***时钟信号的时钟；提供是基本***时钟信号的相移形式的至少一个或多个时钟信号的相移电路；串并行转换器，用于将至少一个或多个像素串行输入数据流转换成一个或多个像素并行数据流；解码器，用于将单个输入像素的数据解码成至少两个或多个相关的脉宽调制(PWM)信号，其中至少两个或多个相关的PWM信号与基本时钟信号和至少一个或多个相移时钟信号的不同边沿同步；和一电路，用于将至少两个或多个相关的PWM信号组合成单个PWM信号，该单个PWM信号能够驱动在线性阵列空间光调制器上的多个输入中的一个。
本发明的另一方面提供一种方法，其用于在相应于被扫描的线性阵列空间光调制器的固定时间周期内驱动高速脉宽调制信号，包括以下步骤：提供基本时钟信号；从该基本时钟信号形成相移时钟信号；使基本时钟信号和相移时钟信号同步作为具有至少四个或多个时钟边沿的整个***时钟；并使用整个***时钟的至少四个或多个时钟边沿，在相应于被扫描的线性阵列空间光调制器的固定时间周期内驱动高速脉宽调制信号。
附图简述
图1是用于驱动被扫描的线性阵列空间光调制器的高速脉宽调制***的框图，其中到线性阵列SLM的输入是异步的：
图2是用于驱动被扫描的线性阵列空间光调制器的高速脉宽调制***的框图，其中到线性阵列SLM的输入是同步的；以及
图3是示出了使用多个脉冲形成具有比组成脉冲的任何一个更高分辨率的单个输出脉冲的时序图。
发明详述
使用每个输入信号的多个相移时钟和多个脉宽调制(PWM)信号形成单个PWM输出信号，该输出信号用于驱动在线性阵列空间光调制器上的多个输入中的一个。这允许显示***在所需的帧频下获得满幅图像信息，同时保持适当的***时钟频率。
图1示出了高速脉宽调制***的框图，该调制***用于驱动显示应用的被扫描的线性阵列空间光调制器。该***接受至少一串像素串行数据源10作为输入，该数据源10与串并行转换器16连接。该串并行转换器16用于从二维图像中储存一个完整行的数据。串并行转换器16的每个输出与脉冲解码器单元18连接，该脉冲解码器单元将单个像素的信息解码成多个PWM信号。在该特殊实施例中，形成四个PWM信号20、22、24、26。第二***输入是基本时钟信号12。该时钟信号12通过相移逻辑电路14，该相移逻辑电路使基本时钟信号12延迟规定的量。基本时钟信号12和相移的时钟信号34用于形成PWM信号。在该特殊的实施例中，使用四个时钟边沿：基本时钟信号12和该时钟信号的相移形式34的上升和下降边沿。特别地，基本时钟信号12的上升边沿用于20，基本时钟信号12的下降边沿用于22，相移的时钟信号34的上升边沿用于24，相移的时钟信号34的下降边沿用于26。使用4输入与门28组合这四个PWM信号20、22、24、26。4输入与门28的输出限定了单个PWM输出信号30，该输出信号30与线性阵列SLM器件32上的多个输入中的一个连接。该线性阵列SLM32可以是机电保角光栅器件，例如在Kowarz的美国专利No.6,307,663中详细描述的机电保角光栅器件；可以是机电光栅光阀，例如由David T.Amm等等在“光栅光阀技术的光学性能”(Photonics West-Electroniclmaging’99，投影显示器V)中详细描述的机电光栅光阀；或者可以是其他的线性阵列SLM。因为四个PWM信号20、22、24、26每个都与不同的时钟边沿同步，所以单个PWM输出信号30的分辨率是基本时钟信号的四倍。在该实施例中，单个PWM输出信号30与线性阵列SLM32异步地连接。应该注意，对于单色或彩色序列显示***，仅需要单个的线性阵列SLM来再现满幅图像内容。但是，对于彩色同步***，需要两个或多个SLM来再现满幅图像内容。
图2示出了高速脉宽调制***的框图，该调制***可以用于驱动显示应用的被扫描的线性阵列空间光调制器。该***接受至少一串像素串行数据40作为输入，该数据40与串并行转换器46连接。该串并行转换器46用于从二维图像中储存一个完整行的数据。串并行转换器46的每个输出与脉冲解码器单元48连接，该脉冲解码器单元将单个像素的信息解码成多个PWM字。在该特殊实施例中，形成四个PWM信号50、52、54、56。第二***输入是基本时钟信号42。该时钟信号42通过相移逻辑电路44，该相移逻辑电路使基本时钟信号42延迟规定的量。基本时钟信号42和相移44的时钟信号用于形成PWM信号。在该特殊的实施例中，使用四个时钟边沿形成PWM信号：基本时钟信号和该相移的时钟信号的上升和下降边沿。特别地，基本时钟信号42的上升边沿用于50，基本时钟信号42的下降边沿用于52，相移的时钟信号64的上升边沿用于54，相移的时钟信号64的下降边沿用于56。使用4输入与门58组合这四个PWM信号50、52、54、56。该***还包括倍频器66，其可使基本时钟信号42的频率加倍。倍频器66的输出是用于时钟寄存器70的高速时钟信号，以便在将该时钟信号发送到线性阵列SLM62之前重新调整输出PWM信号的时间。通过重新调整输出PWM信号60的时间，可以极大地减小不相等路径长度和逻辑延迟的不利影响。尽管高频时钟信号68必须非常地快，以便保持输出PWM信号的分辨率，其唯一的功能是驱动输出寄存器70，一个非常实际的工作。如图1中的那样，线性阵列SLM62可以是机电保角光栅器件，例如在Marek W.Kowarz的美国专利No.6,307,663中详细描述的机电保角光栅器件；可以是机电光栅光阀，例如由David T.Amm等等在“光栅光阀技术的光学性能”中详细描述的机电光栅光阀；或者可以是其他的线性阵列SLM。应该注意，对于单色或彩色序列显示***，仅需要单个的线性阵列SLM来再现满幅图像内容。但是，对于彩色同步***，需要两个或多个SLM来再现满幅图像内容
图3示出了高速脉宽调制***的时序图，该调制***采用基本时钟信号80和90°基本时钟信号的相移形式82。这两个时钟信号提供四个截然不同的时钟边沿。四个脉冲信号84、86、88、90与由80和82产生的四个时钟边沿中的一个同步。这四个脉冲92的交集限定了单个输出，该单个输出的分辨率94等于时钟信号80或82中任何一个的四分之一。尽管该优选实施例示出了在基本时钟信号80的周期内对称分布的四个时钟边沿，但是也可以不必这样。期望的是，例如，可以使某些时钟边沿相对基本时钟信号80偏移，从而校正不相等路径长度或处理延迟，当在实际的***中形成PWM信号时就会出现上述情形。
虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的条件下，可以进行各种变化和修改。部件列表：
10    像素串行数据源
12    基本时钟信号
14    相移逻辑电路
16    串并行转换器
18    脉冲解码器
20    PWM信号
22    PWM信号
24    PWM信号
26    PWM信号
28    4输入与门
30    单个PWM
32    线性阵列空间光调制器
34    相移时钟信号
40    像素串行数据源
42    基本时钟信号
44    相移逻辑电路
46    串并行转换器
48    脉冲解码器
50    PWM信号
52    PWM信号
54    PWM信号
56    PWM信号
58    4输入与门
60    PWM输出信号
62    线性阵列空间光调制器
64    相移时钟信号
66    时钟倍频器
68    高频时钟信号
70    输出寄存器
80    基本时钟信号
82    90°相移时钟信号
84    中间PWM信号
86    中间PWM信号
88    中间PWM信号
90    中间PWM信号
92    输出PWM信号
94    输出PWM信号的分辨率

Claims (27)

1.一种用于驱动线性阵列空间光调制器的高速脉宽调制***，包括：
a)提供至少一个或多个像素串行输入数据流的像素串行数据源；
b)用于提供基本***时钟信号的时钟；
c)提供是基本***时钟信号的相移形式的至少一个或多个时钟信号的相移电路；
d)串并行转换器，用于将至少一个或多个像素串行输入数据流转换成一个或多个像素并行数据流；
e)解码器，用于将单个输入像素数据解码成至少两个或多个相关的脉宽调制(PWM)信号，其中至少两个或多个相关的PWM信号与基本时钟信号和至少一个或多个相移时钟信号的不同边沿同步；和
f)电路，用于将至少两个或多个相关的PWM信号组合成单个PWM信号，该单个PWM信号能够驱动在线性阵列空间光调制器上的多个输入中的一个。
2.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中在基本***时钟信号的一个周期期间相等地间隔至少一个或多个基本***时钟信号的相移形式。
3.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中在基本***时钟信号的一个周期期间相等地间隔至少一个或多个基本***时钟信号的相移形式。
4.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中使用计数器形成每个像素输入数据的至少两个或多个相关的PWM信号。
5.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中使用高速比较器形成每个像素输入数据的至少两个或多个相关的PWM信号。
6.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中至少两个或多个相关的PWM信号异步地组合成单个PWM信号。
7.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中至少两个或多个相关的PWM信号同步地组合成单个PWM信号。
8.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中线性阵列空间光调制器是保角机电光栅器件。
9.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中线性阵列空间光调制器是机电光栅光阀。
10.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中使用单个线性阵列空间光调制器。
11.如权利要求1所述的高速脉宽调制***，其中使用两个或多个线性阵列空间光调制器。
12.一种用于驱动线性阵列空间光调制器的高速脉宽调制***，包括：
a)提供至少一个或多个像素串行输入数据流的像素串行数据源；
b)用于提供基本***时钟信号的时钟；
c)提供是基本***时钟信号的相移形式的至少一个或多个时钟信号的相移电路；
d)一个或多个解码器，用于将单个输入像素的数据解码成至少两个或多个相关的脉宽调制(PWM)信号，其中至少两个或多个相关的PWM信号与基本时钟信号和至少一个或多个相移时钟信号的不同边沿同步；和
e)电路，用于将至少两个或多个相关的PWM信号组合成单个PWM信号，该单个PWM信号能够驱动在线性阵列空间光调制器上的多个输入中的一个。
13.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中周期性地相等间隔至少一个或多个基本***时钟信号的相移形式。
14.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中周期性地不相等间隔至少一个或多个基本***时钟信号的相移形式。
15.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中使用计数器形成每个像素输入数据的至少两个或多个相关的PWM信号。
16.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中使用高速比较器形成每个像素输入数据的至少两个或多个相关的PWM信号。
17.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中至少两个或多个相关的PWM信号异步地组合成单个PWM信号。
18.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中至少两个或多个相关的PWM信号同步地组合成单个PWM信号。
19.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中线性阵列空间光调制器是保角机电光栅器件。
20.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中线性阵列空间光调制器是机电光栅光阀。
21.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中使用单个线性阵列空间光调制器。
22.如权利要求12所述的高速脉宽调制***，其中使用两个或多个线性阵列空间光调制器。
23.一种在相应于被扫描的线性阵列空间光调制器的固定时间周期内驱动高速脉宽调制信号的方法，包括以下步骤：
a)提供基本时钟信号；
b)从该基本时钟信号形成相移时钟信号；
c)使基本时钟信号和相移时钟信号同步作为具有至少四个或多个时钟边沿的整个***时钟；以及
d)使用整个***时钟的至少四个或多个时钟边沿，在相应于被扫描的线性阵列空间光调制器的固定时间周期内驱动高速脉宽调制信号。
24.如权利要求23所述的方法，其中通过相等地分割基本时钟信号形成相移时钟信号。
25.如权利要求23所述的方法，通过不相等地分割基本时钟信号形成相移时钟信号。
26.如权利要求23所述的方法，还包括以下步骤：
e)提供至少一个或多个像素串行输入数据流；
f)将至少一个或多个像素串行输入数据流转换成一个或多个像素并行数据流；
g)将一个或多个像素并行数据流输出到解码器；
h)将单个输入像素的信息解码成至少两个或多个相关的脉宽调制信号；以及
i)将至少两个或多个相关的脉宽调制信号组合成单个脉宽调制信号，该单个脉宽调制信号能够驱动线性阵列空间光调制器作为输入。
27.一种驱动线性阵列空间光调制器的高速脉宽调制***，包括：
a)像素串行数据源；
b)用于产生基本时钟信号的装置；
c)用于从基本时钟信号形成相移时钟信号的装置；
d)脉冲解码器，用于将像素串行数据源的输出解码成多个脉宽调制信号；
e)利用来自脉冲解码器的输出信号作为输入的多个计数器，并将基本时钟信号和相移时钟信号组合为具有至少四个或多个时钟边沿的整个***时钟，其中多个计数器中的每个计数器具有输出；以及
f)用于组合多个计数器输出信号以形成单个脉宽调制输出信号的装置，该单个脉宽调制输出信号用于驱动线性阵列空间光调制器。
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