JPH06109999A - Ｄｍｄのアナログ走査変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＤＭＤによるアナログ走査変換器を提供す
る。 【構成】 本発明は走査変換器システムを開示し、入力
装置３０から直列入力データの少なくとも一つのストリ
ームを受け取るシフトレジスタ３２と、シフトレジスタ
３２に接続される直列から並列への変換器３４と、ＤＭ
Ｄから光源が反射される時に、入力装置で受けとった像
と略同一に照射パターンが作り出される直列から並列へ
の変換器３４に接続されるＤＭＤ ３６とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は全般的にアナログ走査
変換器、更に特定して云えば、変形可能なミラー装置
（ＤＭＤ）を使ってアナログ走査変換器を構成すること
に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】この発明の範囲を制限するつも
りはないが、その背景をＩＲセンサを利用したシステム
に関連して説明する。線形ＩＲセンサに頼る従来の装置
は、多重線路センサを用いたシステムに置換えられつつ
ある。こう云うセンサは分解能が高くなると共に、Ｓ／
Ｎ比集合体がそれに伴って高くなり、エイリアシングに
伴う問題が少なくなる。普通、こう云うセンサは、製造
が複雑である為、場面の垂直次元を走査するのに必要な
数の画素だけを持っている。こう云う垂直センサからシ
フトによって送り出された場面データは、当然垂直ラス
タの形をしている。然し人間の目は、水平ラスタの像を
見ることに慣れている。従って、一般的にこう云うセン
サは、人間が見る為の可視領域のＩＲ像に作り直す為に
は、走査変換器を必要とする。この課題を達成する為の
典形的な、ダイナミック・レンジの大きいディジタル走
査変換器は高価で、嵩ばり、重くて、相当量の電力を消
費する。

【０００３】ＤＭＤは幾つかの魅力のある特徴を有す
る。ミラー要素は広い光学帯域幅に亘って高い反射率を
有する。この為、ＵＶからＩＲまでの光変調ができる。
画素の応答時間は典形的には１０−２０μｓであり、画
素はアナログ又はディジタル・モードで動作させること
ができる。ミラーの簡単な構造的な変更により、ＤＭＤ
は振幅優位又は位相優位の変調器の何れとしても作用し
得る。ＤＭＤは低い電圧の高密度のアドレス回路の上に
モノリシックに製造することもできる。ＤＭＤは消費電
力が小さい為、加熱の悪影響なしに、高いフレーム速度
（典形的には５ｋＨｚ及びそれ以上）が可能である。

【０００４】何れも特定の用途に合せて設計した多数の
ＤＭＤ画素構造がある。それらは、捩れ又は片持ちと云
う様な変形モード、画素の形、並びに丁番支持構造によ
って区別することができる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は走査変換器シス
テム（装置）を開示し、入力装置から直列入力データの
少なくとも１つのストリームを受け取るシフトレジスタ
と、シフトレジスタに接続される直列から並列への変換
器と、直列から並列への変換器に接続されるＤＭＤで、
ＤＭＤから光源が反射される時に、入力装置で受けとっ
た像と略同一に照射パターンが作り出されるＤＭＤとを
含む。ＤＭＤは固体検出器に結像し、検出器はＣＣＤで
あり、検出器がＤＭＤからの像を処理して、像が検出器
に入力された時とは異なる順序で検出器から像を出力す
ることができる様にすることが好ましい。この代わり
に、ＤＭＤが走査鏡の裏側に結像し、鏡の裏側からの像
を光学的に投影して、入力装置で受取った像と殆ど同一
の像を作ることができる。ＤＭＤはトーション・ビーム
ＤＭＤであることが好ましい。入力装置の例はＩＲセン
サ又はコンピュータである。シフトレジスタ、直列から
並列への変換器およびＤＭＤはモノリシック集積回路に
あることが望ましい。

【０００６】この発明は又、走査変換器システムで、入
力装置から直列入力データの少なくとも一つのストリー
ムを受け取る少なくとも一つのシフトレジスタと、シフ
トレジスタに接続される少なくとも一つの直列から並列
への変換器と、コンパレータの入力が直列から並列への
変換器の出力に接続され他の入力がランプ電圧に接続さ
れている少なくとも１つのコンパレータと、コンパレー
タに接続される少なくとも一つのＤＭＤで、ＤＭＤから
光源が反射される時に、入力装置で受けとった像と略同
一に照射パターンが作り出されるＤＭＤとを提供する。
コンパレータはランプコンパレータであり、シフトレジ
スタ、直列から並列への変換器、コンパレータ及びＤＭ
Ｄはモノリシック集積回路にあることが望ましい。

【０００７】本発明は走査変換器システムの形成方法を
も開示し、一般的に入力装置から直列入力データの少な
くとも一つのストリームを受けとり、直列データのスト
リームを並列データに変換し、並列データをＤＭＤへ送
ることにより、ＤＭＤから光源が反射される時に、入力
装置で受けとった像と略同一の照射パターンが作り出さ
れる。

【０００８】次に図面について説明するが、図面全体に
亘り、特に断らない限り、参照数字及び符号は図面全体
に亘って同じ部分を指す。

【０００９】

【実施例】普通のＩＲ装置（図１）では、入力像１０が
適当な光学系２４により、一列の離散的な画素として構
成されたＩＲ検出器１２の平面に焦点合せされる。勿
論、所定の一時に、像１０の一行しか検出することがで
きない。この為、作像装置の１つの要素として、その中
心軸線の周りに枢着された鏡１４があり、鏡１４を適当
に回転することによって、像１０の任意の所望の行を検
出器１２に焦点合せすることができる様になっている。

【００１０】検出器１２にある個別の各々のセンサ素子
からの信号が、線形アレイ１６上にある別々の光放出素
子（典形的にはＬＥＤ）に接続される。このアレイ１６
から放出される可視光が走査鏡１４の裏面１８で反射さ
れ、この鏡の裏面１８を適当な光学系２２を介して眺め
る観察者２０が、鏡１４がＩＲ検出器１２に亘って場面
１０を走査する時、入力ＩＲ場面１０が再生されるのを
見る。各々の個別の接続通路は増幅器を含むのが普通で
あり、この増幅器は、検出器及び放出素子の両方に於る
画素毎の感度及び放出度の変動を埋合せる為にオフセッ
ト及び直線性の調節ができる様になっている。

【００１１】高級なＩＲセンサは一列ではなく、多数の
列の画素素子で構成されるのが普通である。各々の検出
器にずっと多くの画素素子を追加したことにより、出力
接続部の数が非常に大きくなる。この様な相互接続部
は、製造時の歩留まりの低下の原因並びに現場に於る故
障の原因になる場合が多い。従って、こう云う高級セン
サは、画素の各列に対する直列シフトレジスタ出力を優
先して、並列の画素出力を放棄する場合が多い。この様
な直列出力をＬＥＤのアレイに接続するには、モノリシ
ックＬＥＤ基板の様な複雑な配置を必要とし、これは直
列から並列への変換器、又は個別の直列から並列への変
換器チップを持つ上層の上に多数の一行ＬＥＤのアレイ
をパッケージした複雑な混成基板を必要とする。こう云
う形式のコスト効果のあるＬＥＤアレイは現在の技術を
越えており、この為異なる形式の表示装置が必要であ
る。典形的な解決策が図２に示されているが、これは多
重線路ＩＲセンサ７４の多数の並列又は直列出力７２を
ディジタル化して、ディジタル・ビデオ・メモリ７０に
記憶することであった。この後、ビデオ・メモリ７０を
直列に読出してＣＲＴ表示装置７６を駆動するか、或い
は並列に読出して線形ＬＥＤ素子７８の混成アレイを駆
動する。

【００１２】これから説明する実施例では、捩ればりＤ
ＭＤを使うことができる。図３及び図４に示す様に、捩
ればりＤＭＤ画素は一般的に厚手の反射はり５０を空隙
／スペーサ５２の上に懸架し、張力をかけた２つの細い
捩れ丁番５６によって頑丈な支持体又は支持層５４に接
続して構成される。はり５０の下にあるアドレス電極５
８が付勢されると、捩れ丁番５６が捩れ、はり５０が２
つの丁番５６の軸線の周りに回転して、その下にある着
地電極６０にのっかる。この構造は全体的にシリコンの
様な材料の基板６２の上に形成される。図４は、捩れば
りＤＭＤに使うことができる丁番の幾つかの例を示して
いる。

【００１３】高級なＩＲ装置の表示の問題に対する第１
の好ましい実施例による解決策が図５に示されている。
ＤＭＤチップ２８は、チップの構造がＩＲセンサ装置３
０の構造と略逆になる様に作ることができる。多数のア
ナログ直列シフトレジスタ３２をチップ２８の上に作っ
てもよいし、或いは希望によっては、これがＤＭＤチッ
プの外部にあってもよい。その数及び長さは、ＩＲセン
サ装置３０にある出力シフトレジスタの数及び長さと合
う様にする。各々のシフトレジスタ３２が、好ましくは
直列から並列への変換器３４を介して、ＩＲ装置３０に
ある対応するシフトレジスタから供給されたのと同じ数
のＤＭＤ画素３６に供給する様にする。個々のＤＭＤ画
素３６は（場合によって全体の倍率を別として）入力Ｉ
Ｒ装置３０の画素のアレイと同じ様なアレイにすること
ができる。この為、ＤＭＤから反射された可視（又はそ
の他の波長の）光源が、ＩＲスペクトルでセンサ３０に
入射したのと殆ど同一の照射パターンを作る。

【００１４】第２の好ましい実施例では、再生された像
は、図１に示す走査鏡１４の裏側１８に投影し、そこか
らの反射で見ることができる。ディジタル走査変換器又
は複雑なＬＥＤ集成体の何れの費用もかけずに、従来の
ＩＲ装置の動作を再現することができる。

【００１５】この反射像には幾つかの方法で強度を符号
化することができる。１つの方法はアナログ変調であ
る。ＤＭＤのアナログ・シフトレジスタ／直列から並列
への変換器３２，３４の出力が、画素３６の下方にある
アドレス電極に直接的に接続される場合、各々の画素３
６の撓みはアナログ信号に比例し、従って入力のＩＲ光
の強度に比例する。ＤＭＤのこの傾きの程度を使って、
暗視野光学系を使うことにより、アナログ光変調を行な
うのが普通である。

【００１６】暗視野装置では、一杯に傾けたＤＭＤ画素
から反射された光が表示光学系の開口内に完全に収まる
様に、ＤＭＤを整合させることができる。光学系には限
られた開口を設計しておいて、撓んでいない画素から反
射された光が完全にこの開口の外に出る様にする。勿
論、中間の位置であれば、この光学的な開口に反射され
る光の量も中間量であり、従って投影像の平面に中間レ
ベルの輝度を作る。

【００１７】強度を符号化する別の方法はパルス幅変調
である。アナログ変調に基づいて像が再生される時の精
度は、ＤＭＤ画素の傾きの角度の直線性と一様性並びに
投影光学系の適正なアポダイゼーションに関係する。上
に述べた暗視野光学系と共にパルス幅変調を使うと、こ
う云う両方の問題がなくなる。

【００１８】図６に示す第３の好ましい実施例では、シ
フトレジスタ／直列から並列への変換器３２，３４の出
力から直接的にＤＭＤ画素３６を駆動する代わりに、傾
斜比較増幅器３８（又は同じ機能を持つ任意の比較器形
の回路）を各々のシフトレジスタ／直列から並列への変
換器３２，３４の出力と対応するＤＭＤ３６のアドレス
電極との間に配置することができる。

【００１９】図７に示す様に、各々の直列から並列への
変換の終わりに、３つのことが起こる。シフトレジスタ
／直列から並列への変換器３２，３４（図６）のアナロ
グ出力が、各々のＤＭＤ画素３６の場所で比較器の一方
の入力４０に加えられ、各々の画素３６の場所にある画
素駆動増幅器４２をオンに切換えて、各々の画素３６を
一杯に傾いた位置へ駆動し、全ての比較器の他方の入力
４４に共通の電圧が、検出し得る最低のシフトレジスタ
の信号レベルから検出し得る最高のシフトレジスタの信
号レベルまで傾斜を開始する。

【００２０】この傾斜の割合は、走査線時間が完了する
時、この傾斜がその最大電圧に達する様にする。比較器
３８の出力を画素駆動増幅器４２の入力に接続して、各
々の比較器３８がトグル動作をする時、関連する画素駆
動増幅器４２の出力がゼロに下がり、関連するＤＭＤ画
素３６がその傾いていない状態に復帰する様にする。こ
の為、所定の画素が１走査線時間の間に傾くのに費す時
間の長さ（従って、この画素がこの走査線時間の間に表
示像に供給する光量）は、シフトレジスタ／直列から並
列への変換器３２，３４によってこの画素３６に送出さ
れる電圧に正比例する。

【００２１】別個に表示装置（即ち、入力走査鏡の裏側
によって行なわれる走査に頼らない表示装置）を希望す
る様な場合、この何れの変調方式を用いて、ディジタル
走査変換器の動作を真似ることができる。この走査変換
器の機能の一例として、ＤＭＤを面積（エリア）アレイ
ＣＣＤ（又はその他の固体）検出器の一番上の行に結像
することができる。各々の走査線時間の終わりに、ＣＣ
Ｄ内に発生された電荷を心臓の収縮期の様な形で、一行
だけ下にシフトさせることができる。入力像全体がＣＣ
Ｄに記憶されるまで、この順序をビデオ・フレーム時間
全体に亙って進める。そうなった時、ＣＣＤをＣＲＴ又
はその他の表示装置のビデオに直接的に読出すことがで
きる。ＤＭＤは色々な方法でＣＣＤに結像することがで
きる。多数のＤＭＤ及びＣＣＤを組合せ、それらの出力
を電子的に操作して複雑な光学処理のタスクを達成する
ことができる。

【００２２】逆に、線形ＤＭＤ変調器を使って、例えば
ＣＣＤ又はディジタル・フレーム・メモリに記憶された
像から表示を発生することができる。直列アナログ・デ
ータ・ストリームは、ＣＣＤから直接的に取出されたも
のであっても、或いはフレーム・メモリからディジタル
・アナログ変換器を介して取出されたものであってもよ
いが、最初はＩＲ検出器から供給を受けると述べたアナ
ログ・シフトレジスタに入力される。この後、普通ＩＲ
装置の走査鏡が駆動されるのと同じ様に走査鏡を駆動
し、ＤＭＤから行毎に投影される像を鏡面からの反射で
観る。

【００２３】ディジタル・データが容易に利用できる場
合、又はディジタル動作が好ましいと考えられる場合、
ＤＭＤをディジタル・モードで利用するのは容易であ
る。このディジタル・モードには、上に述べたのと構造
が同様の独特のＤＭＤを製造することが必要である。Ｎ
ビットの分解能を持つディジタル・データ・ストリーム
に対して、線形ＤＭＤにＮ個の入力シフトレジスタを作
る。各々のシフトレジスタが、最上位ビットから最下位
ビットまでの異なる分解能のディジタル・ビットを表わ
す。各々のシフトレジスタはそれ自身の一行のＤＭＤ素
子を直接的にアドレスする。各行の素子は、各々の走査
線時間の始めに作動される。最上位ビット線は走査線時
間の真中でターンオフされ、次の最上位は走査線時間の
１／４で、そして３番目は１／８でと云う様にする。こ
うして、像の各々の行にある各々の画素はＮ個の画素に
よって照射され、この各々の画素が、２進和に於けるそ
の重みに比例する期間の間照射する。こうして、合計Ｎ
ビットの２進光振幅が得られる。

【００２４】時間的な加重ではなく、空間的な加重によ
り、この２進的な照射の加重を一層簡単に実現すること
ができる。前に述べた様に、Ｎビットの２進データ・ス
トリームがＮ個の入力シフトレジスタを駆動する。然
し、この方式では、シフトレジスタに沿った各々の画素
は空間的に加重してある。例えば、７ビットの分解能を
もつ装置では、最上位ビットのシフトレジスタは、各々
のＤＭＤの場所で６４個の画素を駆動する。次の最上位
ビットでは、３２個の画素を駆動する。その次は１６個
と云うふうにする。この方法は、利用し得る時間の百分
率ではなく、利用し得る反射面積の百分率によって所定
の百分率の照射の重みをかけるので、走査線時間未満の
時間的な分解を必要としない。こう云う２進的な照射の
加重の２つの方法（時間及び空間）を組合せてもよい。
その結果、組合せた方法のダイナミック・レンジが増大
する為に、画素の分解能が一層高くなる。

【００２５】ＤＭＤは異なる多くの実施例では表示装置
となる様に使うことができる。ＤＭＤは、適当な光学系
と共に、寸法、重量、コスト及び電力の予算を小さくし
た走査変換器の機能を持つ様に構成することができる。
更に、その結果得られるＤＭＤ装置は、その出所に関係
なく、任意の記憶されているディジタル像又はアナログ
・データ・ストリームを観察する為に表示することがで
きる。

【００２６】以上、幾つかの好ましい実施例を詳しく説
明した。この発明の範囲には、これまで説明したものと
は異なる実施例も含まれるが、それも特許請求の範囲内
に属することを承知されたい。例えば、入力装置はＩＲ
センサと述べたが、入力はテレビジョン信号又はコンピ
ュータの様な多くの異なる出所からくるものであってよ
い。この装置の使い方に関連して暗視野光学系を述べた
が、シュリーレン光学系又はその他の適当な光学系を使
うことができる。同様に、ＤＭＤを使って像を直接的に
表示してもよいし、或いは表示する前に操作ができる様
にする為に別の検出器に送ることができる。この発明の
範囲を解釈するに当たっては、使われた言葉は、全ての
場合を網羅するつもりで用いられたものではないと解さ
れたい。

【００２７】この発明を実施例について説明したが、こ
の説明はこの発明を制約するものと解してはならない。
当業者には、以上の説明から、実施例の種々の変更並び
にこの発明のその他の実施例が容易に考えられよう。従
って、特許請求の範囲は、この様な変更又は実施例を包
括するものであることを承知されたい。

【００２８】以上の説明に関して、さらに、下記の項を
開示する。 （１） 入力装置からの直列入力データの少なくとも１
つのストリームを受け取るシフトレジスタと、前記シフ
トレジスタに接続される直列から並列への変換器と、前
記の直列から並列への変換器に接続されるＤＭＤであ
り、前記ＤＭＤから光源が反射されるとき、前記入力装
置が受けとった像と略同一に照射パターンが作り出され
るＤＭＤとを含む走査変換器装置。

【００２９】（２） （１）項に記載した装置に於て、
検出器がＤＭＤからの像を処理することにより、像が検
出器に入力された時とは異なる順序で像が検出器から出
力される装置。

【００３０】（３） 入力装置から直列入力データの少
なくとも一つのストリームを受け取る少なくとも一つの
シフトレジスタと、前記シフトレジスタに接続される少
なくとも一つの直列から並列への変換器と、少なくとも
一つのコンパレータで、前記コンパレータの入力は前記
直列から並列への変換器の出力に接続され、他の入力は
ランプ電圧に接続されたコンパレータと、前記コンパレ
ータに接続される少なくとも一つのＤＭＤであって、前
記ＤＭＤから光源が反射されるとき、前記入力装置が受
けとった像と略同一に照射パターンが作り出されるＤＭ
Ｄとを含む走査変換器装置。

【００３１】（４） （３）項に記載の装置において、
前記コンパレータがランプ・コンパレータである装置。

【００３２】（５） （１）項又は（３）項に記載した
装置に於て、ＤＭＤが固体検出器に結像する装置。

【００３３】（６） （５）項に記載した装置に於て、
検出器がＣＣＤである装置。

【００３４】（７） （５）項に記載した装置に於て、
検出器がＤＭＤからの像を処理することにより、像が検
出器に入力された時とは異なる順序で像が検出器から出
力される装置。

【００３５】（８） （１）項又は（３）項に記載され
た装置において、前記ＤＭＤがトーション・ビームＤＭ
Ｄである装置。

【００３６】（９） （３）項に記載した装置におい
て、ＤＭＤが走査鏡の裏側に結像する装置。

【００３７】（１０） （９）項に記載した装置に於
て、鏡の裏側からの像が光学的に投影されて、入力装置
が受取った像と略同一の像を作り出す装置。

【００３８】（１１） （１）項又は（３）項に記載さ
れた装置において、前記入力装置がＩＲセンサーである
装置。

【００３９】（１２） （１）項又は（３）項に記載し
た装置に於て、入力装置がコンピュータである装置。

【００４０】（１３） （１）項又は（３）項に記載し
た装置に於て、シフトレジスタ、直列から並列への変換
器、コンパレータ及びＤＭＤがモノリシック集積回路に
ある装置。

【００４１】（１４） 走査変換器装置を形成する方法
で、入力装置から直列入力データの少なくとも一つのス
トリームを受け取り、直列データの前記ストリームを並
列データに変換し、前記並列データをＤＭＤに送ること
により、ＤＭＤから光源が反射される時に、入力装置で
受けとった像と略同一に照射パターンが作り出されるこ
とを含む方法。

【００４２】（１５） 本発明は走査変換器システムを
開示し、入力装置３０から直列入力データの少なくとも
一つのストリームを受け取るシフトレジスタ３２と、シ
フトレジスタ３２に接続される直列から並列への変換器
３４と、ＤＭＤから光源が反射される時に、入力装置で
受けとった像と略同一に照射パターンが作り出される直
列から並列への変換器３４に接続されるＤＭＤ ３６と
を含む。

【００４３】（Ｃ）著作権、＊Ｍ＊テキサス・インスツ
ルメンツ・インコーポレーテッド社１９９１年。この特
許文書の開示の一部分は、著作権及びマスク作業の保護
を受ける資料を含む。著作権及びマスク作業の所有権者
は、それが特許商標局の特許ファイル又は記録に現われ
る限り、特許文書又は特許開示が何者によってファクシ
ミリで再生されることにも異議を唱えないが、その他の
点では、如何なる形にせよ、全ての著作権及びマスク作
業の権利を保留する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＩＲ作像装置の図。

【図２】高級なＩＲ作像装置の電子部分のブロック図。

【図３】捩ればりＤＭＤの図。

【図４】種々の捩ればりＤＭＤの丁番の例を示す平面
図。

【図５】この発明の第１の好ましい実施例を示す図。

【図６】パルス幅変調を用いたこの発明の第３の好まし
い実施例を示す図。

【図７】図６に示した装置の一部分のブロック図。

【符号の説明】

２８ ＤＭＤチップ ３０ ＩＲセンサ装置 ３２ シフトレジスタ ３４ 直列から並列への変換器 ３６ ＤＭＤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力装置からの直列入力データの少なく
   とも１つのストリームを受け取るシフトレジスタと、 前記シフトレジスタに接続される直列から並列への変換
   器と、 前記の直列から並列への変換器に接続されるＤＭＤであ
   り、前記ＤＭＤから光源が反射されるとき、前記入力装
   置が受けとった像と略同一に照射パターンが作り出され
   るＤＭＤとを含む走査変換器装置。