CN113260898A - 空间光调制系统、空间光调制装置和显示设备 - Google Patents
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Abstract
[目的]提供一种能够防止光调制部的机械操作对最小更新间隔的影响的空间光调制装置、空间光调制系统和显示设备。[解决手段]根据本技术的空间光调制装置具有光调制部、第一存储器和第二存储器。光调制部执行第一状态和第二状态之间的转变操作。在执行转变操作的转变时间期间,用于指定将光调制部置于第一状态还是第二状态的数据被写入第一存储器。在转变时间结束之后,保留在第一存储器中的数据被写入第二存储器,并且第二存储器将该数据提供至光调制部。
Description
技术领域
本技术涉及与光调制部上的操作控制相关联的空间光调制系统、空间光调制装置和显示设备。
背景技术
空间光调制装置是通过电控制来自光源的光的空间分布(振幅、相位、偏振等)来调制光的装置,并且在诸如投影仪、传感器、3D打印机等显示设备的领域中使用。
空间光调制装置由寻址部和光调制部构成,并且能够通过写入寻址部中的信息来改变光调制部的光学特性。光调制部通常包括微镜和驱动机构,该驱动机构改变其角度并且能够通过改变微镜的角度来执行在反射入射光的状态和不反射入射光的状态之间的转变。
在使用这种微镜装置的显示设备中,“亮”和“暗”以微镜的反射状态和非反射状态表示,并且通过改变一帧中“亮”和“暗”的时间比来表示灰度。在这种情况下,采用其中通过与单色或多色的灰度位的强度相对应的时间比来控制一帧的脉宽调制(PWM)技术。
PWM技术中的最低阶位被称为最低有效位(LSB),并且微镜的最小更新时间等于可以实现为LSB的最短时间。通常,LSB时间约为几十微秒。如果可以缩短LSB时间,则可以使微镜以更高的速度转变,并且可以改善显示设备的性能。
然而,在微镜装置中,如上所述需要在反射状态和非反射状态之间机械地改变微镜的角度,并且在转变之后在微镜的机械振动收敛之前不可能执行下一个转变。这是因为,如果在机械振动收敛之前进行转变,则微镜进入不稳定状态。因此,必须等待下一个转变,直到机械振动收敛为止,并且在缩短LSB时间方面存在限制。
例如,专利文献1公开了一种技术,其中将微镜转变之后机械振动收敛之前的时间视为LSB时间,施加用于将微镜转变为平坦或关闭状态的复位脉冲,并且在平坦状态下将下次更新数据写入寻址部。尽管取决于微镜装置的像素数(镜数)和写入频率,但是更新数据的写入时间为几微秒至几十微秒。
此外,专利文献2公开了一种技术,其中在微镜在LSB时间内连续地打开/关闭的情况下,直到微镜的机械振动收敛,更新数据才被写入,且直到机械振动收敛的时间和更新数据的写入时间的总时间被认为是LSB时间。
引用列表
专利文献
专利文献1:日本专利申请待审公开第HEI 9-238106号
专利文献2:日本专利申请待审公开第HEI 7-174985号
发明内容
技术问题
然而,在专利文献1中公开的控制方法存在的问题在于:由于将微镜置于平坦或关闭状态的时间而导致光的利用效率降低并且不能执行准确的灰度表达。此外,由于存在用于更新微镜的两种类型的序列,即正常更新序列和用于施加复位脉冲的序列,因此存在用于控制微镜的控制器的参数增加的问题。
此外,在专利文献2的控制方法中,写入时间随着微镜装置的像素数(分辨率)的增加而增加,并且微镜的最小更新间隔更长,因此成为实现高分辨率和高速响应的限制。
鉴于上述情况,本技术的目的是提供一种空间光调制装置、空间光调制系统和显示设备,其能够防止光调制部的机械操作对最小更新间隔的影响。
解决问题的方案
为了实现上述目的,根据本技术的空间光调制装置包括光调制部、第一存储器和第二存储器。
光调制部在第一状态和第二状态之间执行转变操作。
在执行转变操作的转变时间期间,在第一存储器中写入用于指定将光调制部置于第一状态还是第二状态的数据。
在转变时间结束之后,在第二存储器中写入保留在第一存储器中的数据,并且第二存储器将该数据提供至光调制部。
利用该配置,在光调制部执行转变操作的转变时间期间,将用于指定将光调制部置于第一状态还是第二状态的数据写入第一存储器,并且在转变时间结束之后将数据从第一存储器写入第二存储器。数据从第二存储器提供至光调制部,并且光调制部根据该数据执行下一转变操作。由于将数据提供至光调制部的第二存储器在转变操作期间被更新,因此可以在光调制部的转变操作期间将数据并行地写入第一存储器。因此,可以缩短LSB时间。
光调制部可包括反射入射光的光反射体和改变光反射体的角度的驱动机构,并且
所述光反射体可以在第一状态下以第一角度倾斜并且在第二状态下以第二角度倾斜。
转变时间可以是角度改变时间和稳定时间的总和,所述角度改变时间是其中光反射体的角度改变的时间,所述稳定时间是角度改变之后直到光反射体的振动收敛为止的时间。
驱动机构可包括连接至第二存储器的寻址电极,并且寻址电极可以具有由数据确定的电势。
寻址电极可包括第一寻址电极和第二寻址电极,并且数据可以确定第一寻址电极和第二寻址电极与参考电势之间的电势差。
光反射体可包括镜面电极,该镜面电极在第一寻址电极和第二寻址电极之间引起静电引力,并且由于静电引力,所述光反射体具有第一角度或第二角度。
光反射体可以是微镜,并且驱动机构可以由微机电系统(MEMS)构成。
第一存储器可以是静态随机存取存储器(SRAM),并且第二存储器可以是动态随机存取存储器(DRAM)。
第一存储器和第二存储器可以是SRAM。
第一存储器和第二存储器可以是DRAM。
空间光调制装置可进一步包括:第一电路板,其上形成有第一存储器;和第二电路板,其上形成有第二存储器,并且第二电路板层压在第一电路板上,其中光调制部层压在第二电路板上。
为了实现上述目的,根据本技术的空间光调制装置包括光调制部、第一存储器和第二存储器。
光调制部可以在第一状态和第二状态之间执行转变操作。
在第一存储器中,可以写入用于指定将光调制部置于第一状态还是第二状态的数据。
在第二存储器中,可以写入保留在第一存储器中的数据,并且第二存储器可以将数据提供至光调制部。
为了实现上述目的,根据本技术的空间光调制系统包括多个空间光调制装置、信号控制部、扫描控制部和驱动控制部。
多个空间光调制装置各自包括:光调制部,其在第一状态和第二状态之间执行转变操作;第一存储器,在执行转变操作的转变时间期间,在所述第一存储器中写入用于指定将光调制部置于第一状态还是第二状态的数据;和第二存储器,在转变时间结束之后,在所述第二存储器中写入保留在第一存储器中的数据,并且所述第二存储器将数据提供至所述光调制部。
信号控制部连接至第一存储器,并将数据提供至第一存储器。
扫描控制部连接至第一存储器,并且将从信号控制部提供的数据写入第一存储器。
驱动控制部连接至第二存储器,并且将写入第一存储器的数据写入第二存储器。
信号控制部和扫描控制部可以在转变时间期间将数据写入第一存储器,并且驱动控制部可以在转变时间结束之后将数据从第一存储器写入第二存储器。
驱动控制部可以针对所有多个空间光调制装置集中执行将数据从第一存储器写入第二存储器。
驱动控制部可以针对多个空间光调制装置的每一者执行将数据从第一存储器写入第二存储器。
为了实现上述目的,根据本技术的显示设备包括空间光调制系统、光源和控制单元。
所述空间光调制系统包括:多个空间光调制装置、信号控制部、扫描控制部和驱动控制部。所述多个空间光调制装置各自包括:光调制部,其在第一状态和第二状态之间执行转变操作;第一存储器,在执行转变操作的转变时间期间,在第一存储器中写入用于指定将光调制部置于第一状态还是第二状态的数据;和第二存储器,在转变时间结束之后,在第二存储器中写入保留在第一存储器中的数据,并且第二存储器将该数据提供至光调制部。信号控制部连接至第一存储器,并将数据提供至第一存储器。扫描控制部连接至第一存储器,并且将从信号控制部提供的数据写入第一存储器。驱动控制部连接至第二存储器,并且将写入第一存储器的数据写入第二存储器。
光源产生入射在所述空间光调制装置上的光。
所述控制单元基于图像信号来控制光源和空间光调制系统。
附图说明
[图1]根据本技术的实施方式的显示设备的示意图。
[图2]具有常规构造的空间光调制系统的示意图。
[图3]空间光调制系统的空间光调制装置的示意图。
[图4]示出空间光调制装置的电路配置的示意图。
[图5]示出空间光调制系统中的PWM控制方法的示意图。
[图6]示出与空间光调制装置中的转变操作相关联的控制方法的示意图。
[图7]根据本技术的实施方式的空间光调制系统的示意图。
[图8]空间光调制系统的空间光调制装置的示意图。
[图9]示出空间光调制装置的电路配置的示意图。
[图10]示出空间光调制系统中的控制波形的示意图。
[图11]示出与空间光调制装置中的转变操作相关联的控制方法的示意图。
[图12]示出空间光调制装置的电路配置的示意图。
[图13]空间光调制装置的示意图。
[图14]空间光调制系统的示意图。
具体实施方式
将描述根据本技术的实施方式的显示设备。
[显示设备的整体配置]
图1是根据本实施方式的显示设备100的示意图。如图所示,显示设备100包括空间光调制系统110、光源部120、光学系统130和控制单元140。
空间光调制(SLM)系统110包括空间光调制装置,并且反射入射光并生成图像。稍后将描述空间光调制系统(在下文中,SLM系统)110的细节。
光源部120包括蓝色光源121、绿色光源122、红色光源123、透镜124和二向色镜125,且以不同的时序发射蓝色光、绿色光和红色光进入光学系统130。
光学系统130包括透镜131、棒状积分器132、反射镜133、全内反射(TIR)棱镜134和投影透镜135。光学系统130令从光源部120发射的光进入SLM系统110并且将从SLM系统110反射的光投射在屏幕S上。
控制单元140包括中央处理单元(CPU)141、光源控制部142、SLM控制部143、信号获取部144和信号处理部145。在信号获取部144获取图像信号的情况下,信号处理部145执行信号处理,并且控制单元140控制光源部120和SLM系统110以生成图像。
具体地说,光源控制部142使蓝色光源121、绿色光源122和红色光源123以预定的时序发光。SLM控制部143与每个光源同步地将图像数据发送到SLM系统110。
显示设备100具有如上所述的配置。从光源部120发射的光(蓝色光、绿色光和红色光)通过棒状积分器132变得均匀,并经由反射镜133和全内反射棱镜134进入SLM系统110。
每种颜色的入射光被SLM系统110反射为预定图像,并被投影透镜135投射到屏幕S上。各个颜色的图像相继被投影到屏幕S上,人眼以重叠的方式感知各颜色的图像,并将它们识别为彩色图像。
[具有传统结构的SLM系统]
在描述根据该实施方式的SLM系统110之前,将描述具有传统结构的SLM系统的问题。
图2是示出具有传统结构的SLM系统310的配置的示意图。如图所示,SLM系统310包括呈阵列形式的多个SLM装置311,还包括信号控制部331和扫描控制部332。
图3是示出SLM装置311的示意图,图4是示出SLM装置311的电路结构的示意图。如这些图所示,SLM装置311包括光反射体312、驱动机构313和电路板314。
光反射体312是反射入射光的镜并且包括镜面电极315。光反射体312由驱动机构313倾斜地支撑。
驱动机构313由微机电系统(MEMS)等构成,并且包括第一寻址电极316和第二寻址电极317。
电路板314是其上形成包括存储器318的像素电路并且该像素电路电连接至第一寻址电极316和第二寻址电极317的板。存储器318由静态随机存取存储器(SRAM)构成,如图4所示。或者,存储器318可以是动态随机存取存储器(DRAM)。
第一位线319a、第二位线319b和字线320连接至存储器318。如图2所示,第一位线319a和第二位线319b连接沿着列方向(图中的上下方向)布置的多个SLM装置311,并且连接至信号控制部331。字线320连接沿行方向(图中的左右方向)布置的多个SLM装置311,并且连接至扫描控制部332。
在每个SLM装置311中,从信号控制部331向第一位线319a和第二位线319b中的一个提供信号“1”,并且向另一个提供信号(以下称为位信号)“0”。
当在这种状态下从扫描控制部332向字线320提供信号(以下称为字信号)的情况下,位信号的电荷被保留在存储器318中,即,数据被写入存储器318。第一寻址电极316和第二寻址电极317连接至存储器318,并且保留在存储器318中的电荷被提供至第一寻址电极316和第二寻址电极317。
因此,根据数据的指定,第一寻址电极316和第二寻址电极317中的一个具有预定电势,而另一个具有接地电势。即,确定第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势。
当在这种状态下将预定电势施加至镜面电极315时,在第一寻址电极316和第二寻址电极317与镜面电极315之间由于电势差而产生静电引力,并且光反射体312沿一个方向倾斜。然后,光反射体312处于稳定状态。
在使光反射体312沿相反方向倾斜的情况下,将第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势设置为相反电势,并且将镜面电极315的电势改变为预定电势。
将其中光反射体312沿着朝向全内反射棱镜反射入射光的方向倾斜的状态定义为打开状态(明亮状态)并且将其中光反射体312沿着未朝向全内反射棱镜反射入射光的方向倾斜的状态定义为关闭状态(暗状态)。此外,将光反射体312不倾斜的状态定义为平坦状态。
如上所述,由于第一寻址电极316和第二寻址电极317与镜面电极315之间的电势差,使得光反射体312从打开状态转变为关闭状态,或者从关闭状态转变为打开状态。
在SLM装置311的整个阵列中(参见图2),对于SLM装置311的每一列,从信号控制部331经由第一位线319a和第二位线319b提供位信号。
当在这种状态下从扫描控制部332经由字线320向特定行的SLM装置311提供字信号的情况下,数据被写入到该行的每个SLM装置311中的存储器318中,并且确定第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势。
随后,将位信号提供至下一行的SLM装置311,并通过字信号将数据写入存储器318,并确定第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势。在下文中,针对每一行中的SLM装置311的每一行顺序地确定第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势。
当针对所有SLM装置311确定了第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势时,将该电势提供至所有SLM装置311的镜面电极315。因此,每个SLM装置311根据第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势转变为打开状态或关闭状态。
接下来,将描述用于SLM系统310的控制方法。图5是示出通过脉冲宽度调制(PWM)技术对SLM系统310的控制方法的示意图,其中水平轴表示时间。
如图5A所示,图像的一帧包括红色(图中的R)、绿色(图中的G)和蓝色(图中的B)的发光时间。红色发光时间是红色光源(参见图1)发光的时间,绿色发光时间是绿色光源发光的时间,蓝色发光时间是蓝色光源发光的时间。
图5(b)示出了红色发光时间的子帧,图5(c)示出了处于放大状态下的图5(b)的一部分。如这些图中所示,红色发光时间包括从bit0至bit7的8级位强度。
在每个像素(一个SLM装置311)中,可以通过根据期望的灰度选择要置于打开状态的位来确定红色的灰度。类似地,在绿色和蓝色的情况下,可以通过选择要置于打开状态的位来获得期望的灰度。
当控制SLM装置311以具有期望的红色、蓝色和绿色灰度时,由SLM装置311反射的光被重叠以在屏幕上形成预定颜色的像素。
应注意,尽管这里已经描述了8级位强度的情况,但是位强度不限于8级,而是可以更多或更少。
如图5C所示,最低有效位(图中的bit0)被称为最低有效位(LSB)时间,并且是SLM装置311中的最小更新间隔,即,从SLM装置311的转变到下一个转变的时间。
图6是示出SLM装置的控制方法的图。在该图中,第一寻址电极316(参见图4)的电势被示为第一寻址电势V1,第二寻址电极317的电势被示为第二寻址电势V2,并且镜面电极315的电势被示为镜面电势VM。
此外,将SLM装置311的转变状态(光反射体312相对于平坦状态的角度)示为“镜面转变状态1”和“镜面转变状态2”。在下文中,将描述镜面转变状态1。如图所示,在镜面转变状态1中,光反射体312从打开状态转变为关闭状态,并且进一步转变为打开状态。
如图所示,在时间T1处,SLM装置311处于打开状态。此时,第一寻址电势V1高于第二寻址电势V2。
在时间T2处,当提供字信号时,数据被写入存储器318中,并确定第一寻址电极316和第二寻址电极317的电势。因此,如图所示,第一寻址电势V1和第二寻址电势V2反转。
随后,在时间T3处,镜面电势VM瞬时改变为预定电势。然后,根据镜面电势VM与第一寻址电势V1之间的电势差以及镜面电势VM与第二寻址电势V2之间的电势差,光反射体312从打开状态转变为关闭状态。
在该图中,在时间T3与时间T4之间,光反射体312从打开状态转变为关闭状态。如上所述,由于光反射体312的转变是光反射体312的机械角度改变,因此光反射体312在转变之后引起振动。
在下文中,将用于改变光反射体312的角度的时间(即,从时间T3到时间T4的时间)称为“角度改变时间”,并将直到光反射体312的振动收敛并稳定为止的时间(即,从时间T4到时间T5的时间)称为“稳定时间”。将角度改变时间与稳定时间之和(即,时间T3至时间T5)称为“转变时间”。
应注意,即使光反射体312保持在打开状态或关闭状态,当镜面电势VM改变时,光反射体312也一度被置于平坦状态,然后返回到原始角度。此时在光反射体312中引起振动。因此,即使光反射体312保持打开状态或关闭状态,当镜面电势VM改变时,角度改变时间和稳定时间也是必要的。
在转变时间之后,在时间T5处提供字信号,数据被写入存储器318,并且第一寻址电势V1和第二寻址电势V2再次反转。
然后,从时间T5到时间T6,数据被写入(在图中为“存储器写入”)另一行的SLM装置311的存储器318中。例如,在SLM装置311具有768行的情况下,需要用于完成768行的写入的时间。
在时间T6处完成数据写入的情况下,镜面电势VM瞬时改变为预定电势,并使光反射体312再次从关闭状态转变为打开状态。在改变镜面电势VM之后,直到镜面电势VM的下一次改变为止的时间(即,从时间T3到时间T6的时间)等于可以实现为LSB的最短时间。
在此,在转变时间期间,不能执行位信号在存储器318中的写入(在图中为“存储器写入”)。
这是因为在时间T4和时间T5之间在光反射体312中引起机械振动,所以如果此时写入位信号并且改变了寻址电压,则光反射体312变得不稳定。因此,LSB时间是转变时间和数据写入时间的总和,并且难以进一步减少。
在LSB时间较长的情况下,一帧也较长,并且上述单色图像不被合成,并且可能发生其中分别看到各个颜色的图像的“颜色分解”或图像闪烁。具体地,在增加灰度级的数量(从8级增加图5所示的位强度)的情况下或者在增加像素数量(SLM装置311的数量)的情况下,需要进一步缩短LSB时间。
在这种情况下,以下所示的本技术可以减少LSB时间。
应注意,在一帧为60Hz的情况下,SLM装置311中的LSB时间为例如约21.78μs(如图5和下面的等式1所示),RGB比为1:1:1,并设置8位灰度。
LSB时间=1/(60Hz x 3RGB x(28-1))=21.78μs(等式1)
[SLM系统的配置]
将描述根据本技术的SLM系统110(图1)。图7是示出SLM系统110的配置的示意图。如图所示,SLM系统110包括呈阵列形式的多个SLM装置111,还包括信号控制部171、扫描控制部172、和驱动控制部173。
信号控制部171、扫描控制部172和驱动控制部173连接至上述SLM控制部143,并由SLM控制部143控制。应注意,信号控制部171和扫描控制部172可以连接至SLM装置111的阵列的相对侧。
图8是示出SLM装置111的示意图,图9是示出SLM装置111的电路结构的示意图。如这些图中所示,SLM装置111包括光反射体151、驱动机构152和电路板153。
光反射体151是反射入射光的镜,并且通常是微镜。光反射体151包括镜面电极154并且由驱动机构152可倾斜地支撑。
驱动机构152由微机电系统(MEMS)等构成,并且改变光反射体151的角度。驱动机构152包括第一地址电极155和第二地址电极156。
将其中光反射体151相对于驱动机构152以第一角度倾斜并且沿着朝向全内反射棱镜134(参见图1)反射入射光的方向倾斜的状态定义为打开状态(明亮状态)。此外,将光反射体151相对于驱动机构152以第二角度倾斜并且沿着未朝向全内反射棱镜134反射入射光的方向倾斜的状态定义为关闭状态(暗状态)。
第一角度和第二角度仅需要是不同的角度,并且不受特别限制。此外,将光反射体151不倾斜的状态定义为平坦状态。因此,配置了能够通过光反射体151和驱动机构152来调制入射光的光调制部。
电路板153是层压在驱动机构152上的板,并且其中形成有包括第一存储器157和第二存储器158的像素电路。
在第一存储器157中,写入用于指定将光反射体151置于打开状态还是关闭状态的数据。第一存储器157可由静态随机存取存储器(SRAM)构成。第一位线159a、第二位线159b和第一字线160连接至第一存储器157。
如图7所示,第一位线159a和第二位线159b连接沿着列方向(图中的上下方向)布置的多个SLM装置111,并且连接至信号控制部171。第一字线160连接沿着行方向(图中的左右方向)布置的多个SLM装置111,并且连接至扫描控制部172。
保留在第一存储器157中的数据被写入第二存储器158中,并且第二存储器158将数据提供至驱动机构152。第二存储器158可由动态随机存取存储器(DRAM)构成。
第二字线161连接至第二存储器158。第二字线161例如是连接至DRAM的栅极电极的布线。第二字线161连接沿着行方向(图中的左右方向)布置的多个SLM装置111,并且连接至驱动控制部173。
[SLM系统的操作]
将描述SLM系统110的操作。上述的信号控制部171、扫描控制部172和驱动控制部173将信号提供至每个SLM装置111(参见图7)。
信号控制部171连接至第一存储器157,并且将数据提供至第一存储器157。扫描控制部172连接至第一存储器157,并且将从信号控制部171提供的数据写入第一存储器。驱动控制部173连接至第二存储器158,并且将写入第一存储器157中的数据写入第二存储器158。
如图9所示,在每个SLM装置111中,从信号控制部171向第一位线159a和第二位线159b中的一个提供信号“1”,并且向另一个提供信号(以下称为位信号)“0”。
当在这种状态下从扫描控制部172向第一字线160提供信号(以下称为第一字信号)时,位信号的电荷被保留在第一存储器157中,即,数据被写入第一存储器157。
此外,当从驱动控制部173向第二字线161提供信号(以下称为第二字信号)时,存储在第一存储器157中的数据被写入第二存储器158,第一寻址电极155和第二寻址电极156中的一个具有预定电势,且另一个具有接地电势。即,根据存储在第一存储器157中的数据确定第一寻址电极155和第二寻址电极156的电势。
当在这种状态下将预定电势施加至镜面电极154时,在第一寻址电极155和第二寻址电极156与镜面电极154之间由于电势差而产生静电引力,并且光反射体151以第一角度和第二角度中的任意一个角度倾斜。然后,光反射体151处于稳定状态。
在使光反射体151沿相反方向倾斜的情况下,将第一寻址电极155和第二寻址电极156的电势设置为相反电势,并且将镜面电极154的电势改变为预定电势。
如上所述,由于第一寻址电极155和第二寻址电极156与镜面电极154之间的电势差,使得光反射体151从打开状态转变为关闭状态,或者从关闭状态转变为打开状态。
应注意,当将第二字信号提供至第二字线161并且数据从第一存储器157移动到第二存储器158时,第一存储器157进入其中第一存储器157不需要存储数据的状态。因此,可以在数据传输之后将用于下一转变的数据写入第一存储器157中。
接下来,将描述SLM装置111(参见图7)的整个阵列的操作。图10是示出SLM系统110中的控制波形的示意图。
在SLM系统110中,针对每一行的SLM装置111写入数据。如图10中的“BL”所示,信号控制部171经由第一位线159a和第二位线159b将位信号提供至每一行中的SLM装置111。应注意,该图中的“Bn”表示将位信号提供至第n行中的每个SLM装置111。
如图10中的“WL1”所示,扫描控制部172针对每一行经由第一字线160将第一字信号提供至每个SLM装置111。在该图中,“n”表示将第一字信号提供至第n行中的每个SLM装置111。
扫描控制部172将第一字信号提供至第n行的每个SLM装置111,同时从信号控制部171将位信号提供至第n行的每个SLM装置111(图中的“Bn”)。因此,数据被写入第n行的每个SLM装置111中的第一存储器157中。
类似地,扫描控制部172将第一字信号提供至第(n+1)行中的每个SLM装置111,同时将位信号提供至第(n+1)行中的每个SLM装置111(在图中为“Bn+1”),并且将数据写入第(n+1)行中的每个SLM装置111中的第一存储器157中。
当在所有行的SLM装置111中完成数据的写入时,驱动控制部173将第二字信号提供至所有SLM装置111(图中的“WL2”)。因此,将数据从所有SLM装置111中的第一存储器157写入第二存储器158,并且确定第一寻址电极155和第二寻址电极156的电势。
接下来,将描述用于SLM装置111的控制方法。应注意,基于PWM技术的灰度控制方法与传统方法类似(参见图5),在SLM装置111中可以进一步缩短LSB时间。
图11是示出SLM装置111的控制方法的图。在该图中,第一寻址电极155(参见图9)的电势被示为第一寻址电势Vl,第二寻址电极156的电势被示为第二寻址电势V2,并且镜面电极154的电势被示为镜面电势VM。
此外,将SLM装置111的转变状态(光反射体151相对于平坦状态的角度)示为“镜面转变状态1”和“镜面转变状态2”。在下文中,将描述镜面转变状态1。如图所示,在镜面转变状态1中,光反射体151从打开状态转变为关闭状态,并且进一步转变为打开状态。
如图所示,在时间T1处,SLM装置111处于打开状态。此时,第一寻址电势V1高于第二寻址电势V2。
在时间T2处,当提供第二字信号时,数据从第一存储器157写入第二存储器158中,并且第一寻址电势V1和第二寻址电势V2反转。
随后,在时间T3处,镜面电势VM瞬时改变为预定电势。然后,根据镜面电势VM与第一寻址电势V1之间的电势差以及镜面电势VM与第二寻址电势V2之间的电势差,光反射体151从打开状态转变为关闭状态。
在该图中,在时间T3与时间T4之间,光反射体151从打开状态转变为关闭状态。如上所述,由于光反射体151的转变是光反射体151的机械角度改变,因此光反射体151在转变之后引起振动。
在下文中,将用于改变光反射体151的角度的时间(即,从时间T3到时间T4的时间)称为“角度改变时间”,并将直到光反射体151的振动收敛并稳定为止的时间(即,从时间T4到时间T5的时间)称为“稳定时间”。将角度改变时间与稳定时间之和(即,时间T3至时间T5)称为“转变时间”.
应注意,即使光反射体151保持在打开状态或关闭状态,当镜面电势VM改变时,光反射体151也一度被置于平坦状态,然后返回到原始角度。在这种情况下,在光反射体151中引起振动。因此,即使光反射体151保持在打开状态或关闭状态,当镜面电势VM改变时,也会发生角度改变时间和稳定时间。
同时,在时间T3和时间T4之间,将下一个转变(从时间T6开始的转变)的数据写入每个SLM装置111的第一存储器157(图中的“第一存储器写入”)。在此,如图10所示,在将数据写入SLM装置111的每一行并且SLM装置311具有768行的情况下,例如,完成对768行的写入。
与具有传统结构的SLM装置311(参见图6)不同,即使在光反射体151的转变时间期间(在时间T3和时间T5之间),也可以执行在第一存储器157中的数据写入。这是因为第一寻址电势V1和第二寻址电势V2的电势被第二存储器158保留,并且在第一存储器157中的写入不影响第一寻址电势V1和第二寻址电势V2。
接下来,在光反射体151稳定之后,在时间T5处提供第二字信号,并且将数据从第一存储器157写入第二存储器158。可以对所有SLM装置111集中执行该写入操作。因此,第一寻址电势V1和第二寻址电势V2被再次更新并反转。
当在时间T6处完成第一寻址电势V1和第二寻址电势V2的更新时,镜面电势VM瞬时改变为预定电势,并且光反射体151从关闭状态改变为打开状态。在改变镜面电势VM之后,直至镜面电势VM的下一次改变的时间(即,从时间T3到时间T6的时间)等于可以实现为LSB的最短时间。
SLM系统110执行如上所述的操作。如图6所示,在传统结构的SLM系统310中,由于在光反射体312的转变时间内不能将数据写入存储器318中,因此难以缩短LSB时间。
相比之下,在根据本技术的SLM系统110中,如图11所示,可以在转变时间期间将数据写入第一存储器157中。因此,可以缩短SLM系统110中的LSB时间。
此外,在具有传统结构的SLM系统310中,随着像素数量(SLM装置311的数量)增加,数据写入时间(图6中的“存储器写入”)增加,这进而增加了LSB时间。
另一方面,在SLM系统110中可以容易地增加像素的数量,这是因为即使像素的数量增加并且数据写入时间(在图11中,“第一存储器写入”)增加,LSB时间也不会增加(“第二存储器写入”对于所有像素是同时进行的)。
[SLM系统的效果]
如上所述,SLM系统110可以缩短LSB时间并且更精细地控制PWM。因此,可以增加PWM位的数量,即,实现更高的灰度(更高的位深度),并且可以改善显示图像质量。
此外,随着更高的灰度,可以更加精细地控制表示灰度-亮度特性的γ特性。因此,当显示低灰度时,可以改善噪声和黑色削波(black clipping),这在诸如微镜装置之类的二进制装置中是一个问题。
此外,随着最小更新间隔(LSB时间)的减少,可以细分PWM,并且可以抑制伪轮廓的出现,这在诸如微镜装置之类的二进制装置中是一个问题。
此外,由于减少LSB时间可以减少PWM控制中的总灰度时间(在图5中为一帧),因此可以实现高帧频,并且可以在显示动态图像时改善平滑度并抑制闪烁等。此外,可以在场序色控制(图5中所示的各种颜色光线的顺序发射)期间抑制颜色中断。
此外,由于LSB时间的增加不依赖于像素数量的增加,因此其与诸如8K这样的的高分辨率兼容。
[SLM装置的其他配置]
SLM装置111的配置不限于上述配置。图12是示出SLM装置111的另一配置的电路图。如图所示,第一存储器157和第二存储器158均可由SRAM构成。
第一存储器157可以由DRAM构成,第二存储器158可以由SRAM构成,或者第一存储器157和第二存储器158均可由DRAM构成。无论哪种情况,都可以根据图10所示的波形来实现根据本技术的控制方法。
此外,第一存储器157和第二存储器158可以由其他存储元件构成,只要能够实现上述操作即可。
此外,SLM装置111的实现可以具有其他配置。图13是示出SLM装置111的另一配置的透视图。
如图所示,SLM装置111可包括第一电路板153a和第二电路板153b。第二电路板153b层压在第一电路板153a上,并且驱动机构152层压在第二电路板153b上。第一存储器157形成在电路板153a上,第二存储器158形成在电路板153b上。
如图8所示,第一存储器157和第二存储器158可以安装在一个电路板153上。然而,在像素电路包括两个存储器的情况下,像素电路的面积可以大于像素电路包括单个存储器的情况。此外,根据光反射体151的小型化,可能会限制像素电路的面积。
如图13所示,可以采用如下配置:其中第一存储器157和第二存储器158形成在不同的电路板上,并且将两个电路板结合在一起以接合各个电极。通过层压像素电路可以提高电路布局的自由度并减小SLM装置111的尺寸。此外,由于减小了加工规则的负荷,因此可以降低制造成本。
[SLM系统的其他配置]
在SLM系统110中,如上所述,驱动控制部173和SLM装置111通过第二字线161连接。在此,如图7所示,驱动控制部173和SLM装置111之间的连接不限于其中连接至驱动控制部173的一条第二字线161分支并连接至所有SLM装置111的连接。
图14是示出SLM系统110的另一配置的示意图。如图所示,多条第二字线161可以连接至驱动控制部173,并且对于SLM装置111的每个块,每条第二字线161可以连接至SLM装置111。
如图10所示,SLM系统110将数据写入SLM装置111的每一行的第一存储器157中(图11中的“第一存储器写入”)。当光反射体151的振动收敛时(图11中的时间T5),数据从第一存储器157传输至第二存储器(图11中的“第二存储器写入”)。
然而,在像素数量(SLM装置的数量)较大或为了降低功耗而降低数据的写入频率的情况下,即使光反射体151的振动收敛之后,也无法完成在第一存储器157中的写入。
另一方面,在如图14所示针对每个块将第二字线161连接至SLM装置111的情况下,可以为SLM装置111的每个块提供第二字信号。因此,可以从完成在第一存储器157中的数据写入的块开始,将数据顺序地写入第二存储器158中。
因此,第一寻址电极155和第二寻址电极156具有用于下一个转变的电势,并且可以通过针对每个块改变镜面电极154的电势来使SLM装置111针对每个块进行转变。
如上所述,通过针对每个块将第二字线161连接至SLM装置111,即使在像素数量较大的情况下或数据的写入频率减少的情况下,也可以防止LSB时间增加。
应注意,SLM装置111的块不限于图14所示的块,而是提供多个SLM装置111就足够了。
[SLM装置的应用示例]
如上所述,SLM装置111可以用作投影显示设备100的光反射装置。显示设备100是单板显示设备,其中红色、绿色和蓝色光线顺序地进入单个微镜,但是不限于此。显示设备100可以是三板显示设备,其中各种颜色光线进入不同的微镜。
光源的数量也不限于红色、绿色和蓝色的三种颜色,并且可以使用一种或四种或更多种颜色。此外,光也不限于可见光,并且可以是紫外线等。
此外,SLM装置111不限于显示设备,而是还可以用于使用SLM装置的多种装置,诸如3D打印机、传感器和机器视觉设备。同样,利用任一设备,都可以缩短LSB时间,即,可以实现微镜的高速响应,并且可以缩短使用3D打印机等的光刻或机器视觉中的节拍时间(处理时间)。
此外,SLM装置111不限于光反射装置,而是只要其执行用于空间光调制的转变操作,就可以根据本技术实现高速响应。
应注意,本技术还可以采用以下配置。
(1)一种空间光调制装置,包括:
光调制部,所述光调制部在第一状态和第二状态之间执行转变操作;
第一存储器,在执行转变操作的转变时间期间,在所述第一存储器中写入用于指定将所述光调制部置于第一状态还是第二状态的数据;和
第二存储器,在转变时间结束之后,在所述第二存储器中写入保留在所述第一存储器中的数据,并且所述第二存储器将数据提供至所述光调制部。
(2)根据(1)所述的空间光调制装置,其中
所述光调制部包括反射入射光的光反射体和改变所述光反射体的角度的驱动机构,并且
所述光反射体在第一状态下以第一角度倾斜并且在第二状态下以第二角度倾斜。
(3)根据(2)所述的空间光调制装置,其中
所述转变时间是角度改变时间和稳定时间的总和,所述角度改变时间是其中所述光反射体的角度改变的时间,所述稳定时间是角度改变之后直到所述光反射体的振动收敛为止的时间。
(4)根据(2)或(3)所述的空间光调制装置,其中
所述驱动机构包括连接至所述第二存储器的寻址电极;并且
所述寻址电极具有由数据确定的电势。
(5)根据(4)所述的空间光调制装置,其中
所述寻址电极包括第一寻址电极和第二寻址电极,并且
所述数据确定所述第一寻址电极和所述第二寻址电极与参考电势之间的电势差。
(6)根据(5)所述的空间光调制装置,其中
所述光反射体包括镜面电极,所述镜面电极在所述第一寻址电极和所述第二寻址电极之间引起静电引力,并且由于所述静电引力,所述光反射体具有第一角度或第二角度。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的空间光调制装置,其中
所述光反射体是微镜,并且
所述驱动机构由微机电系统(MEMS)构成。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的空间光调制装置,其中
所述第一存储器是静态随机存取存储器(SRAM),并且
所述第二存储器是动态随机存取存储器(DRAM)。
(9)根据(1)至(7)中任一项所述的空间光调制装置,其中
所述第一存储器和所述第二存储器是SRAM。
(10)根据(1)至(7)中任一项所述的空间光调制装置,其中
所述第一存储器和所述第二存储器是DRAM。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的空间光调制装置,进一步包括:
第一电路板,其上形成有所述第一存储器;和
第二电路板,其上形成有所述第二存储器,并且所述第二电路板层压在所述第一电路板上,其中
所述光调制部层压在所述第二电路板上。
(12)一种空间光调制装置,包括:
光调制部,所述光调制部在第一状态和第二状态之间执行转变操作;
第一存储器,在所述第一存储器中写入用于指定将所述光调制部置于第一状态还是第二状态的数据;和
第二存储器,在所述第二存储器中写入保留在所述第一存储器中的数据,并且所述第二存储器将数据提供至所述光调制部。
(13)一种空间光调制系统,包括:
多个空间光调制装置,每个空间光调制装置包括:光调制部,所述光调制部在第一状态和第二状态之间执行转变操作;第一存储器,在执行转变操作的转变时间期间,在所述第一存储器中写入用于指定将光调制部置于第一状态还是第二状态的数据;和第二存储器,在转变时间结束之后,在所述第二存储器中写入保留在第一存储器中的数据,并且所述第二存储器将数据提供至所述光调制部;
信号控制部,所述信号控制部连接至所述第一存储器,并将数据提供至所述第一存储器;
扫描控制部,所述扫描控制部连接至所述第一存储器,并将从所述信号控制部提供的数据写入所述第一存储器;和
驱动控制部,所述驱动控制部连接至所述第二存储器,并将写入所述第一存储器中的数据写入所述第二存储器。
(14)根据(13)所述的空间光调制系统,其中
所述信号控制部和所述扫描控制部在转变时间期间执行将数据写入所述第一存储器,并且
所述驱动控制部在转变时间结束之后将数据从所述第一存储器写入所述第二存储器。
(15)根据(14)所述的空间光调制系统,其中
所述驱动控制部针对所有多个空间光调制装置集中执行将数据从所述第一存储器写入所述第二存储器。
(16)根据(14)所述的空间光调制系统,其中
所述驱动控制部针对所述多个空间光调制装置的每一者执行将数据从所述第一存储器写入所述第二存储器。
(17)一种显示设备,包括:
空间光调制系统,所述空间光调制系统包括多个空间光调制装置、信号控制部、扫描控制部和驱动控制部,每个空间光调制装置包括:光调制部,所述光调制部在第一状态和第二状态之间执行转变操作;第一存储器,在执行转变操作的转变时间期间,在所述第一存储器中写入用于指定待将光调制部置于第一状态和第二状态中的哪一个状态的数据;和第二存储器,在转变时间结束之后,在所述第二存储器中写入保留在第一存储器中的数据,并且所述第二存储器将数据提供至所述光调制部;所述信号控制部连接至所述第一存储器,并将数据提供至所述第一存储器;所述扫描控制部连接至所述第一存储器,并将从所述信号控制部提供的数据写入所述第一存储器;所述驱动控制部连接至所述第二存储器,并将写入所述第一存储器中的数据写入所述第二存储器;
光源,其产生入射在所述空间光调制装置上的光;和
控制单元,其基于图像信号来控制所述光源和所述空间光调制系统。
附图标记列表
100 显示设备
110 空间光调制系统
111 空间光调制装置
120 光源部
121 蓝色光源
122 绿色光源
123 红色光源
130 光学系统
135 投影透镜
140 控制单元
141 CPU
142 光源控制部
143 SLM控制部
144 信号获取部
145 信号处理部
151 光反射体
152 驱动机构
153 电路板
153a 第一电路板
153b 第二电路板
154 镜面电极
155 第一寻址电极
156 第二寻址电极
157 第一存储器
158 第二存储器
171 信号控制部
172 扫描控制部
173 驱动控制部
Claims (17)
1.一种空间光调制装置,包括:
光调制部,所述光调制部执行第一状态和第二状态之间的转变操作;
第一存储器,在执行所述转变操作的转变时间期间,用于指定将所述光调制部置于所述第一状态还是所述第二状态的数据被写入所述第一存储器;和
第二存储器,在所述转变时间结束之后,保留在所述第一存储器中的所述数据被写入所述第二存储器,并且所述第二存储器将所述数据提供至所述光调制部。
2.根据权利要求1所述的空间光调制装置,其中
所述光调制部包括反射入射光的光反射体和改变所述光反射体的角度的驱动机构,并且
所述光反射体在所述第一状态下以第一角度倾斜并且在所述第二状态下以第二角度倾斜。
3.根据权利要求2所述的空间光调制装置,其中
所述转变时间是角度改变时间和稳定时间的总和,所述角度改变时间是所述光反射体的角度改变的时间,所述稳定时间是所述角度改变之后直到所述光反射体的振动收敛为止的时间。
4.根据权利要求2所述的空间光调制装置,其中
所述驱动机构包括连接至所述第二存储器的寻址电极;并且
所述寻址电极的电势由所述数据确定。
5.根据权利要求4所述的空间光调制装置,其中
所述寻址电极包括第一寻址电极和第二寻址电极,并且
所述数据确定所述第一寻址电极和所述第二寻址电极与参考电势之间的电势差。
6.根据权利要求5所述的空间光调制装置,其中
所述光反射体包括镜面电极,所述镜面电极在所述第一寻址电极和所述第二寻址电极之间产生静电引力,并且通过所述静电引力,所述光反射体获得所述第一角度或所述第二角度。
7.根据权利要求2所述的空间光调制装置,其中
所述光反射体是微镜,并且
所述驱动机构由微机电系统(MEMS)构成。
8.根据权利要求1所述的空间光调制装置,其中
所述第一存储器是静态随机存取存储器(SRAM),并且
所述第二存储器是动态随机存取存储器(DRAM)。
9.根据权利要求1所述的空间光调制装置,其中
所述第一存储器和所述第二存储器是SRAM。
10.根据权利要求1所述的空间光调制装置,其中
所述第一存储器和所述第二存储器是DRAM。
11.根据权利要求1所述的空间光调制装置,进一步包括:
第一电路板,所述第一存储器形成在所述第一电路板上;和
第二电路板,所述第二存储器形成在所述第二电路板上,并且所述第二电路板层压在所述第一电路板上,其中
所述光调制部层压在所述第二电路板上。
12.一种空间光调制装置,包括:
光调制部,所述光调制部执行第一状态和第二状态之间的转变操作;
第一存储器,用于指定将所述光调制部置于所述第一状态还是所述第二状态的数据被写入所述第一存储器;和
第二存储器,保留在所述第一存储器中的所述数据被写入所述第二存储器,并且所述第二存储器将所述数据提供至所述光调制部。
13.一种空间光调制系统,包括:
多个空间光调制装置,每个空间光调制装置包括:光调制部,所述光调制部执行第一状态和第二状态之间的转变操作;第一存储器,在执行所述转变操作的转变时间期间,用于指定将所述光调制部置于所述第一状态还是所述第二状态的数据被写入所述第一存储器;和第二存储器,在所述转变时间结束之后,保留在所述第一存储器中的所述数据被写入所述第二存储器,并且所述第二存储器将所述数据提供至所述光调制部;
信号控制部,所述信号控制部连接至所述第一存储器,并将所述数据提供至所述第一存储器;
扫描控制部,所述扫描控制部连接至所述第一存储器,并将从所述信号控制部提供的所述数据写入所述第一存储器;和
驱动控制部,所述驱动控制部连接至所述第二存储器,并将写入所述第一存储器中的所述数据写入所述第二存储器。
14.根据权利要求13所述的空间光调制系统,其中
所述信号控制部和所述扫描控制部在所述转变时间期间将所述数据写入所述第一存储器中,并且
所述驱动控制部在所述转变时间结束之后将所述数据从所述第一存储器写入所述第二存储器。
15.根据权利要求14所述的空间光调制系统,其中
所述驱动控制部针对所有的所述多个空间光调制装置集中将所述数据从所述第一存储器写入所述第二存储器。
16.根据权利要求14所述的空间光调制系统,其中
所述驱动控制部针对所述多个空间光调制装置中的每一个将所述数据从所述第一存储器写入所述第二存储器。
17.一种显示设备,包括:
空间光调制系统;
光源,所述光源产生入射到所述空间光调制装置的光;和
控制单元,所述控制单元基于图像信号来控制所述光源和所述空间光调制系统,
其中,所述空间光调制系统包括:
多个空间光调制装置,其中,每个空间光调制装置包括:光调制部,所述光调制部执行第一状态和第二状态之间的转变操作;第一存储器,在执行所述转变操作的转变时间期间,用于指定将所述光调制部置于所述第一状态还是所述第二状态的数据被写入所述第一存储器;和第二存储器,在所述转变时间结束之后,保留在所述第一存储器中的所述数据被写入所述第二存储器,并且所述第二存储器将所述数据提供至所述光调制部;
信号控制部,所述信号控制部连接至所述第一存储器,并将所述数据提供至所述第一存储器;
扫描控制部,所述扫描控制部连接至所述第一存储器,并将从所述信号控制部提供的所述数据写入所述第一存储器;和
驱动控制部,所述驱动控制部连接至所述第二存储器,并将写入所述第一存储器中的所述数据写入所述第二存储器。
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