CN1069334A - 可形变反射镜器件的模拟扫描变换器 - Google Patents

Abstract

一种扫描变换器系统，它可包含：接收来自输入 装置30的至少一个串行输入数据流的移位寄存器 32；与移位寄存器32相连的串行一并行变换器34； 和与串行一并行变换器34相连的DMD_s36，这样当 光源从DMD反射时就产生一个与在输入装置接收 到的图像儿乎相同的亮度图像。这里揭示了其它的 方法和系统。

Description

本发明通常涉及模拟扫描变换器，尤其涉及应用可形变的反射镜器件（DMD）构成的模拟扫描变换器。

本发明的背景是结合应用一个IR（红外线）传感器的系统进行描述，其范围没有限止。传统的依靠线性IR传感器的系统正在由应用多线传感器的系统所取代。这些多线传感器提高了分辨率及相关的信/噪比，并且也减少了模糊问题。由于制造复杂，这些传感器通常只包含扫描垂直场景尺寸所需的像素数。这些场景数据从垂直传感器移出自然是以垂直光栅扫描的形式进行的。然而，人们眼睛习惯于观看水平光栅扫描的图像。因此，为了在人们观看的可见区域内重建IR图像，这些传感器通常需用一个扫描变换器。完成这种任务的一种典型的高动态范围的数字式扫描变换器价格贵，体积大和功耗大。

DMD有几个诱人的特点，反射镜元件在宽的光带宽上有高反射能力。于是，它们能够从Uv（紫外线）到IR进行光调制。典型的像素响应时间为，10-20^μs且该像素可按模拟或数字状态进行操作。通过对反射镜结构作简单的改变这种DMD就能兼用作为幅值控制调制器，又能用作为相位控制调制品。DMD适用于单片制造的低电压、高密度寻址电路。由于DMD功耗低，就能有高帧速（典型的为5KHz以上），而不会产生有害的热效应。

现有众多的DMD像素结构，每种设计均为特定应用。它们可由形变模式，如挠曲或悬臂;像素形状和铰接支撑结构来加以区

这是一种扫描变换系统。它能包含：接收来自输入装置的至少一个串行输入数据流的移位寄存器;与该移位寄存器相连的串行-并行变换器;和与串行-并行变换器相连的DMD_s，这样，当光源从DMD反射时，则产生一个与输入装置所接收到的图像几乎相同的亮度图形。DMD_s最好成像在一固态检测器上，该检测器是一个CCD，且该检测器对来自DMD_s的图像进行处理，在这里图像以不同于输入至检测器的图像顺序而输出。另一方面，DMD_s可成像在扫描镜的背面，来自该镜背面的图像可由光学投影产生一个与输入装置所接收到的图像几乎相同的图像。DMD_s最好是扭转光束板DMD_s。例举的输入装置是一个IR传感器或计算机。移位寄存器、串行-并行变换器和DMD_s最好安置在单片集成电路上。

本扫描系统也可以是包含：至少为一个的接收来自输入装置的至少一个串行输入数据流的移位寄存器;至少一个连接于移位寄存器的串行-并行变换器;至少一个比较器，该比较器的一个输入端连于串行-并行变换器的输出端，而另一输入端连接一个锯齿形扫描电压;和至少一个连于比较器的DMD，这样当光源从DMD反射时，产生一个与输入装置所接收的图像几乎相同的亮度图形。比较器最好是一个锯齿波比较器，且移位寄存器、串行-并行变换器、比较器和DMD_s安置在单片集成电路上。

本发明也是一种形成扫描变换器系统的方法，它通常包含：接收来自输入装置的至少一个串行输入数据的数据流;把该串行数据流变换为并行数据流;和把该并行数据传递给DMD_s，由此当一个光源从DMD反射时，产生一个与输入装置所接收到的图像几乎相同的亮度图形。

附图：

图1是传统的IR成像系统;

图2是一个改进了的IR成像系统的电子部分;

图3是扭转光束板DMD视图;

图4是各种扭转光束板DMD铰接选择的顶示图;

图5是本发明的第一较佳实施例;

图6是本发明用脉宽调制的第三较佳实施例;

图7是图6中部分系统方框图;

在不同附图中的相应数字和符号是指对应的部分，除非另有说明。

在传统的IR系统中（见图1），输入图像10用适当的光学系统24聚焦至线形离散像素结构的IR检测器12的平面上。很显然，在一给定时刻只能检测图像10的一条线。因此，成像系统的一个元件是一个绕其中心轴旋转的反射镜14，结果是反射镜14的固定旋转能使任何需要的图像10的线聚焦在检测器12上。

来自检测器12中的每个离散的传感器元件的信号连接到线列16的离散的光发射元件（典型的为LED）。该线列16的可见光发射被反射至离开扫描镜14的后表面18，且当反射镜14扫描那个场景10通过IR检测器12时，观察者20通过适当的光学系统22观看该后反射镜表面18，将会看到输入IR场景10的再现。每个单独的连接通路通常包括具有补偿和线性调节的放大器用以补偿像素到像素的灵敏度和检测器及发射器两者的发射率变化。

改进的IR传感器通常由多行像素元件组成而不是单行组成。每个检测器上附加许多像素元件会产生大量的输出连接。这种互连常常是产量损失的根源和在现场使用时失效的原因。因此，这些改进的传感器往往放弃平行像素输出，而另用串行移位寄存器输出每行像素。连接这些串行输出到LED_s（发光二极管）阵列，需要复杂的结构，如包括串行-并行变换器的单片LED基片或在具有单个串行-并行变换器芯片的上层基片上配置多个单线LED阵列的复杂的混合基片。这种类型的LED阵列的成本效果超出了当前技术状态，所以需要一种不同类型的显示器。典型的解决方式如图2所示，它在一个数字视频存贮器70中将多线IR传感器74的多个并行或串行输出72加以数字化，并存贮起来。然后视频存贮器70以串行方式读出以驱动CRT显示器76或以并行方式读出以驱动线性LED元件78的混合阵列。

扭转光束板DMD可用于下面要描述的实施例。扭转光束板DMD像素如图3和图4所示通常由悬在气隙/间隔器52上的原反射光束板50组成且通过两个处于拉紧状态的薄扭转铰链56连接到刚性支撑件或支撑层54上。当位于该光束板50下的寻址电极58被激励时，扭转铰链56被扭转且光束板50绕两铰链56的轴旋转直到停止在下面的“着陆”电板60上。这种结构一般制作在如硅片62上。图4显示了几种可用于扭转光束板DMD中的铰链选择。

对于改进的IR系统显示问题的解决办法出现在图5中所示第一较佳实施例中。DMD芯片28的制造方法是，该芯片的结构基本上与IR传感器装置30的结构相反。众多的模拟串行移位寄存器32可制作在芯片28上，或需要的话可放到DMD芯片的外面。它们的数量和长度与IR传感器装置30上的输出移位寄存器的数量和长度相匹配。这些移位寄存器32的每一个最好通过串行-并行变换器34馈出与馈入IR装置30上的相应的移位寄存器的相同数量的DMD像素36。各个DMD像素36可以（除了也许为了满刻度因子外）如输入IR装置30像素排列那样进行排列。于是，从DMD反射的可见光源（或其它波长）将产生一个几乎与以IR光谱入射到传感器30上的图像相同的亮度图形。

在第二个较佳实施例中，再现的图像如图1所示可以被投影并以反射方式从扫描镜（反射镜）14的后面来观察。传统的IR系统的运行不用昂贵的数字式扫描变换器或复杂的LED组件就可重复进行。

在这样的反射图像中，亮度（光强度）能以几种方式进行编码。一种方法是模拟调制。如果DMD的模拟移位寄存器/串行-并行变换器32、34的输出直接连到像素36下面的寻址电极，那末每个像素36的偏转将正比于模拟信号，因此也正比于输入IR光强度。这种DMD倾斜度通常通过暗视场光学用来获得模拟量光调制。

在暗视场系统中，DMD可对准以便使来自满偏转的DMD像素的反射光完全落入显示光学系统的孔径内。该光学系统可设计一个限定的孔径，以便使来自未偏转的。像素的反射光完全落入该孔径的外部。很显然，中间位置反射一个中间量的光进入光孔径，因此在投影图像的平面中产生一个中间亮度级的光。

光强度编码的另一方法是脉宽调制。根据模拟调制的图像再现的精度取决于许多因素，包括：DMD像素倾斜角的线性度和均匀度和投影光学系统的正确的变迹度。利用上述的暗视场光学，又使用脉宽调制可排除上述问题。

在第三个较佳实施例中，如图6所示，不是由移位寄存器/串行-并行变换器32、34的输出直接驱动DMD像素36，而是在每个移位寄存器/串行-并行变换器32、34的输出和对应的DMD36寻址电极之间设置一个锯齿波（斜度）比较器放大器38（或任何提供同样功能的比较器型电路）。

如图7所示，在每次串行-并行变换结束时发生三件事：移位寄存器/串行-并行变换器32、34的模拟输出送到每个DMD像素位置上的比较器的一个输入40上，每个像素36位置上的像素驱动放大器42可被接通，以便把每个像素36驱动到它的满倾斜位置上，和所有其它比较器输入端44上的共用电压开始从最低可检测的移位寄存器信号电平倾斜到最高可检测的移位寄存器信号电平。

这种倾斜的速度是这样的，即在行（扫描）时间结束时达到它的最大电压。比较器38的输出连到像素驱动放大器42的输入以便当每个比较器38触发开始时，相关联的DMD像素驱动放大器42的输出下降为零且相关联的DMD像素36回到它的不倾斜状态。于是，一个给定像素在单个线时间期间内呈倾斜状所化费的时间量（因此在行（扫描）期间它提供光量给所显示的图像）正比于由移位寄存器/串行-并行变换器32、34传送给那个像素36的电压。

这些调制方案的任一个能用来模仿在那些例子中的数字式扫描变换器的工作，但需要一个分开的显示器（即它不依赖于由输入扫描镜的后部所提供的扫描）。作为这种扫描变换器功能的例子，DMD可成像到面阵列CCD（或其它固态）检测器的最上面一行。在每个线时间结束时，在CCD中产生的电荷可以收缩方式移入下一行。这顺序在整个视频帧时间中进行直到整个输入图像贮存在CCD中。此时，CCD能被直接读出到CRT的视频部分或其它显示系统。DMD可以由许多不同的方式成像到CCD。对多个DMD_s和CCD_s可进行组合，且它们的输出由电控制，来完成复杂的光学处理任务。

反之，线性DMD调制器能用来从如CCD中的数字帧存贮器所贮存的图像中产生显示。串行模拟数据流，它可通过数字-模拟变换器从CCD或从帧存贮器直接获得，该数据流输入先前描述的从IR检测器输入的模拟移位寄存器。然而，扫描镜可以与一般的IR系统扫描镜驱动的相同方式驱动，从DMD逐项地投影的图像可从反射镜表面的反射所看到。

在数字数据容易得到或数字操作较佳情况下，则DMD很容易以数字状态加以应用。这种数字状态需要制作一种独特的在结构上与上述那些相同的DMD。对于分辨率N位的数字数据流，则需要制作具有N个输入移位寄存器的线性DMD。每个移位寄存器代表一个不同的数字分辨率的位，从最高有效位到最低有效位。每个移位寄存器将直接对它自己一行的DMD线素进行寻址，每行线素在每行（扫描）时间开始时被激活。通过行（扫描）时间，最高有效位行将被转移掉一半，而次高有效位转移掉四分之一，第三最高有效位转移掉八分之一，依此类推。在这种方式中，图像的每行中的每个像素由N个像素对其照射，且每个像素将提供一个时间正比于它的二进制和的权的照射。于是提供总数N位的二进制的光幅值。

通过与时间加权（temperal    weighting）相对的空间加权（spatial    weighting）能提供一个更简单实现这种二进制照度加权。如上所述，一个N位二进制数据流驱动N个输入移位寄存器。然而，在这种方案中，沿着移位寄存器的每个像素进行空间加权。例如，在一个7位分辨率的系统中，最高有效位移位寄存器将驱动每个DMD单元中的64个像素。次高有效位驱动32个像素。再下面是驱动16个，依次类推。这种方法不需要次行（扫描）时间的时间分辨率，这时因为一个给定的百分数的照度加权是由一个反射面积所利用的百分数，而不是由一个可用时间所利用的百分数来提供的。这两种二进制照度加权（时间的和空间的）的方法可以组合。由于这种组合方法增加了动态范围，故而产生更高分辨率的像素。

DMD可用在许多不同的实施例中来提供显示器件DMD能与适当的光学系统构成装置以便提供具有体积小、重量轻、成本低和功耗低的扫描变换器功能。合成的DMD系统能不管光源如何，而显示出任何所存贮的数字图像或模拟数据流以便观看。

上面已经详述几个较佳实施例，本发明的范围也包含在权利要求书范围内的不同于上述那些的各种实施例。例如。输入装置虽然被描述为IR传感器，然而，输入也能够来自如电视信号或是计算机等各种不同的信号源。与本系统使用相关的暗视场光学也进行了讨论，然而，纹影光学或其它适当的光学系统也可使用。同样，DMD可用于直接显示和图像或将图象加于可能用于显示器前的另一个检测器。在考虑本发明范围时“包含”一词应解释为不严密的。

在本发明已参照阐述的实施例作说明时，这种说明不能理解为限定意义。对于所阐述的实施例各种修改和组合及本发明的其它实施例对于本技术领域中的技术人员只要参照本说明书是显而易见的。因此所附权利要求书包含任何这类修改或实施例。

Claims (14)

1、一种扫描变换器系统，其特征在于，它包含：

a.接收来自输入装置的至少一个串行输入数据流的移位寄存器；

b.与所述移位寄存器相连的串行-并行变换器；和

c.与所述串行-并行变换器相连的DMD_s，由此，当一个光源从所述DMD反射时，就产生一个与在所述输入装置所接收到的图像几乎相同的亮度图形。

2、如权利要求1所述系统，其特征在于，所述检测器对来自所述DMD_s的图像进行控制，由此所述的图像以不同于输入到所述检测器的图像顺序而从检测器输出。

3、一种扫描变换器系统，其特征在于它包含：

a.接收来自输入装置的串行输入数据的至少一个数据流的至少一个移位寄存器;

b.与所述移位寄存器相连的至少一个串行-并行变换器;

c.至少一个比较器，其一个输入端与所述串行-并行变换器的输出端相连，其另一输入端连接锯齿形扫描电压;和

d.至少一个DMD连接所述比较器，由此当一个光源从所述DMD反射时，就产生一个与在所述输入装置接收到的图像几乎相同的亮度图形。

4、如权利要求3所述系统，其特征在于所述比较器是一个锯齿波比较器。

5、如权利要求1或3所述系统，其特征在于所述DMD成像到一个固态检测器上。

6、如权利要求5所述系统，其特征在于所述检测器是个CCD。

7、如权利要求5所述系统，其特征在于所述检测器对来自所述DMD的图像进行控制，由此所述图像以不同于输入到所述检测器的图像的顺序而从所述检测器输出。

8、如权利要求1或3所述系统，其特征在于所述DMD是一个扭转光束板的DMD。

9、如权利要求3所述系统，其特征在于所述DMD成像到一个扫描镜的背面。

10、如权利要求9所述系统，其特征在于来自所述扫描镜背面的图像通过光学投影产生一个与在所述输入装置接收到的图像几乎相同的图像。

11、如权利要求1或3所述系统，其特征在于所述输入装置是一个IR传感器。

12、如权利要求1或3所述系统，其特征在于所述输入装置是一个计算机。

13、如权利要求1或3所述系统，其特征在于所述移位寄存器、所述串行-并行变换器、所述比较器、和所述DMD安置在单片集成电路上。

14、一种产生扫描变换器系统的方法，其特征在于它包含：

a.至少接收一个来自输入装置的输入数据的数据流;

b.把所述的串行数据流变换为并行数据;和

c.把所述并行数据送至DMD_s，由此当光源从所述DMD反射时，就产生一个与在所述输入装置接收到的图像几乎相同的图像。

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